5.14: Números cuánticos
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Si asistes a un partido de fútbol universitario o profesional, necesitas un boleto para entrar. Es muy probable que su boleto pueda especificar un número de puerta, número de sección, fila y número de asiento. Ningún otro boleto puede tener las mismas cuatro partes. Incluso puede tener la misma puerta, sección y fila, pero aún así tendría que incluir un número de asiento diferente. Cada asiento es único y permite que solo un ocupante lo llene.
Números cuánticos
Utilizamos una serie de números específicos, llamados números cuánticos, para describir la ubicación de un electrón en un átomo asociado. Los números cuánticos especifican las propiedades de los orbitales atómicos y los electrones en esos orbitales. Un electrón en un átomo o ion tiene cuatro números cuánticos para describir su estado. Piense en ellas como variables importantes en una ecuación que describa la posición tridimensional de los electrones en un átomo dado.
Número cuántico principal\(\left( n \right)\)
El número cuántico principal, que significa\(n\), es el principal nivel de energía ocupado por el electrón. Los niveles de energía son distancias fijas desde el núcleo de un átomo dado. Se describen en incrementos de número entero (p. ej., 1, 2, 3, 4, 5, 6,...). En el lugar\(n=1\), un electrón estaría más cerca del núcleo, mientras que en\(n=2\) el electrón estaría más lejos, y aún\(n=3\) más lejos. Como veremos, el número cuántico principal corresponde al número de fila para un átomo en la tabla periódica.
Número cuántico de momento angular\(\left( l \right)\)
El número cuántico de momento angular, que significa\(l\), describe la forma general o región que ocupa un electrón, su forma orbital. El valor de\(l\) depende del valor del número cuántico principal,\(n\). El número cuántico de momento angular puede tener valores positivos de cero a\(\left( n-1 \right)\). Si\(n=2\),\(l\) podría ser cualquiera\(0\) o\(1\).
Número cuántico magnético\(\left( m_l \right)\)
El número cuántico magnético, significado como\(m_l\), describe la orientación orbital en el espacio. Los electrones pueden estar situados en uno de los tres planos en el espacio tridimensional alrededor de un núcleo dado (\(x\),\(y\), y\(z\)). Para un valor dado del número cuántico de momento angular\(l\),, puede haber\(\left( 2l+1 \right)\) valores para\(m_l\). Como ejemplo:
\(n=2\)
\(l=0\)o\(1\)
para\(l=0\),\(m_l = 0\)
para\(l=1\),\(m_l = -1, 0, +1\)
| Nivel de energía principal | Número de subniveles posibles | Posibles números cuánticos de momento angular | Designación orbital por nivel de energía principal y subnivel |
|---|---|---|---|
| \(n=1\) | 1 | \(l=0\) | \(1s\) |
| \(n=2\) | 2 | \(l=0\) | \(2s\) |
| \(l=1\) | \(2p\) | ||
| \(n=3\) | 3 | \(l=0\) | \(3s\) |
| \(l=1\) | \(3p\) | ||
| \(l=2\) | \(3d\) | ||
| \(n=4\) | 4 | \(l=0\) | \(4s\) |
| \(l=1\) | \(4p\) | ||
| \(l=2\) | \(4d\) | ||
| \(l=3\) | \(4f\) |
La tabla anterior muestra los posibles valores de número cuántico de momento angular\(\left( l \right)\) para los números cuánticos principales correspondientes\(\left( n \right) of \(n = 1, n=2, n=3,\) y\(n=4\).
Número de Spin Quantum\(\left( m_s \right)\)
El número cuántico de espín describe el espín para un electrón dado. Un electrón puede tener uno de dos espines asociados,\(\left( + \frac{1}{2} \right)\) espín o\(\left( -\frac{1}{2} \right)\) giro. Un electrón no puede tener cero espín. También representamos giro con flechas\(\uparrow\) o\(\downarrow\). Un solo orbital puede contener un máximo de dos electrones, y cada uno debe tener espín opuesto.
Resumen
- Los números cuánticos especifican las disposiciones de los electrones en los orbitales.
- Hay cuatro números cuánticos que proporcionan información sobre diversos aspectos del comportamiento de los electrones.
Revisar
- ¿Qué hacen los números cuánticos?
- ¿Cuál es el número cuántico principal?
- ¿Qué representa el número cuántico de giro?