5.9: Números cuánticos (electrónicos)
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Una característica del diagrama Figura 1 en Ondas Electrónicas en el Átomo de Hidrógeno es que se le ha asignado una etiqueta identificativa, a saber, 1 s. Esto nos permite distinguirlo de otros patrones de onda que el electrón podría adoptar si se moviera alrededor del núcleo con una mayor energía. Cada uno de estos patrones de onda tridimensionales es diferente en forma, tamaño u orientación de todos los demás y se llama orbital. La palabra orbital se utiliza para hacer una distinción entre estos patrones de onda y las órbitas circulares o elípticas de la imagen de Bohr que se muestra en La naturaleza de onda del electrón.
Número cuántico principal “n”
En el caso de una partícula en una caja unidimensional, la energía se determinó por un número entero positivo n. Mucho la misma situación prevalece en el caso del átomo de hidrógeno. Un entero llamado número cuántico principal, también designado por el símbolo n, se utiliza para etiquetar cada orbital. Cuanto mayor sea el valor de n, mayor será la energía del electrón y mayor será la distancia promedio de la nube de electrones desde el núcleo. La energía aumenta con n, en parte, porque el número total de nodos es n-1 por cada función de onda en shell n.
Número cuántico angular “l”
El siguiente número cuántico, representado por l y llamado “número cuántico angular”, puede ser cualquier valor en el rango 0, 1, 2,... n - 1. Como hemos visto en el caso de las vibraciones bidimensionales del tambor, l especifica el número de nodos planos en la función de onda. Este número representa el momento angular de la órbita, y es importante porque determina la forma del orbital. Este número es responsable del carácter s, p, d, f, etc., de la órbita. l = 0 corresponde a un orbital s, l = 1 denota un orbital p, y así sucesivamente.
Número Cuántico Magnético “m l”
El “número cuántico magnético” corresponde a la proyección del orbital a lo largo de un eje, es decir, cuando está en el espacio tridimensional, a lo largo del eje x, y o z. Este valor cae en el rango de - l, - l + 1,... -1, 0, 1,... l - 1, l.
Número cuántico de giro “m s”
El cuarto número cuántico, conocido como el “número cuántico de espín”, se refiere al “espín” intrínseco del electrón. Este número cuántico puede contener solo dos valores, ya sea -1/2 o +1/2. El Principio de Exclusión de Pauli establece que cada electrón debe tener un conjunto único de cuatro números cuánticos, por lo que si dos electrones se emparejan juntos en un orbital, comparten tres números cuánticos y deben tener números cuánticos de espín opuestos. Esta propiedad de espín electrónico es lo que provoca que una sustancia sea paramagnética o diamagnética, porque una carga móvil siempre crea un campo magnético.
Propiedades Magnéticas
Las sustancias cuyos átomos, moléculas o iones contienen electrones desapareados (que deben estar en diferentes orbitales) son débilmente atraídas hacia un campo magnético, una propiedad conocida como paramagnetismo. Esto se debe a que el Número Cuántico de Spin para la sustancia no será cero ya que cada electrón no tendrá pareja para cancelar. El paramagnetismo es típicamente 0.1% tan fuerte como el familiar “ferromagnetismo” de los imanes comunes.
La mayoría de las sustancias tienen todos sus electrones emparejados. Esto significa que el número de espín de cada electrón será cancelado por otro electrón (aunque suelen estar en el mismo orbital, no necesitan estarlo). El giro neto será cero para la sustancia, y no será atraída hacia un campo magnético, sino que en realidad se repelerá ligeramente. La repulsión es típicamente 0.1% tan grande como la atracción paramagnética. Esta propiedad se conoce como diamagnetismo.
De ahí que la medición de las propiedades magnéticas pueda decirnos si todos los electrones están emparejados o no.
Video\(\PageIndex{2}\) Ejemplo de diamagnetismo. Este es un video de un experimento en el High Field Magnet Laboratory en los Países Bajos. Tecnología Antigravedad Suprimida - Levitación Diamagnética [www.youtube.com]
Hay varios otros videos en YouTube que muestran