NÚMEROS CUÁNTICOS.
Los números cuánticos son valores numéricos que nos indican las características de los electrones de los átomos, esto está basado en la teoría atómica de Neils Bohr que es el modelo atómico más aceptado y utilizado en los últimos tiempos por su simplicidad.
Número cuántico principal (n): Está relacionado con la distancia promedio del electrón al núcleo en un determinado orbital y, por tanto, con el tamaño de este e indica el nivel de energía. Suelen identificarse con la letra n y se enumeran de 1 a 7 en orden creciente de energia. Por ejemplo, n=3 indica la probabilidad de que el electrón se ubique en el tercer nivel de energía.
El número cuántico principal n representa la órbita o el nivel en el cual se encuentra el electrón dentro del átomo. El primer nivel, que es el de menor energía, se designa con la letra K y el valor de n es 1; el segundo nivel se denomina L y su número n es 2. Siguen asi los niveles M,N,O,P que corresponde a números cuánticos principales 3,4,5,6. El número cuántico principal toma valores enteros positivos o naturales. En cada nivel caben máximo \(2n^2\) electrones:
\(2n^2 = 2\(2\)^2 = 2 \time 4 = 8\)
Número cuántico del momento angular o azimutal (l): indica la forma de los orbitales y el subnivel de energía en el que se encuentra el electrón. El número cuántico azimutal (I) toma valores que van desde 0 hasta n -1.
Los niveles de energía, identificados con el número cuántico principal (n), poseen subniveles, los cuales se asocian, además, a la forma del orbital, y son identificados por el número cuántico secundario (l). Entonces, los valores del número cuántico secundario dependen del número cuántico principal "n". Así, la cantidad de subniveles de energía que posea cada nivel principal está dada por la fórmula n – 1 (el valor del número cuántico principal menos uno).
Ejemplo:
Si n = 1 (n – 1 = 0), entonces l = 0 (en el nivel de energía 1 no hay subniveles de energía, y para efectos de comprensión se considera este nivel 1 como subnivel 0).
Si n = 2 (n -1 = 1), entonces l = 0, 1. El nivel de energía 2 posee dos subniveles, identificados como 0 y 1.
Si n = 3 (n – 1 = 2), entonces l = 0, 1, 2. El nivel de energía 3 posee tres subniveles, identificados como 0, 1 y 2.
Si n = 4 (n – 1 = 3), entonces l = 0, 1, 2, 3. El nivel de energía 4 posee cuatro subniveles, identificados como 0, 1, 2 y 3.
Si n = 5 (n – 1 = 4), entonces l = 0, 1, 2, 3, 4. El nivel de energía 5 posee cinco subniveles, identificados como 0, 1, 2, 3 y 4.
También para efectos de comprensión, la comunidad científica ha aceptado que los números que representan los subniveles (0, 1, 2, y 3) sean reemplazados por las letras s, p, d y f, respectivamente, para representar los distintos tipos de orbitales. Cada subnivel, a su vez, posee distinta cantidad de orbitales.
Los orbitales son espacios volumétricos que tienen una forma y un tamaño determinado. Cada orbital puede alojar como máximo 2 electrones, aunque en un momento dado pueden contener un solo electrón o estar vacíos.
El número máximo de orbitales en cada subnivel es:
Subnivel s = 1 orbital
Subnivel p = tres orbitales
subnivel d = cinco orbitales
Subnivel f = siete orbitales
El número máximo de electrones en cada subnivel es:
Los orbitales s tienen forma esférica y los orbitales p tienen forma parecida a dos peras unidas por la parte delgada. La forma de los orbitales d es como una flor de cuatro petalos, aunque uno de ellos es diferente.
Número cuántico magnético (ml): Indica la orientación espacial del subnivel de energía.
Los orbitales tienen distintas orientaciones en el espacio. Así, las dos peras que constituyen un orbital p pueden orientarse sobre el eje x de un sistema de coordenadas, o sobre el eje y , o sobre el eje z. Los orbitales d se orientan sobre 5 ejes y los f sobre siete.
Esta orientacion del orbital es otra forma de caracterizar el electrón, es decir, su tercer número cuántico llamado, número cuántico magnético (ml).
El número cuántico magnético determina el orbital dentro de cada subnivel, en el cuál se halla el respectivo electrón. Sus valores son enteros desde -1 hasta +1, incluyendo el 0. Por ejemplo en un subnivel p con 1=1, se tienen tres subniveles Px, Py,Pz que corresponden a los numeros: -1 ,0 y 1.
Número cuántico de espín (ms): indica el sentido de giro del campo magnético que produce el electrón al girar sobre su eje. Toma valores 1/2 cuando gira a la derecha y -1/2 cuando gira a la izquierda.
El electrón además de girar en torno al nucleo, posee un movimiento de giro sobre si mismo, denominado spín. Dicho giro puede realizarse en la direccion en que lo hacen las manecillas del reloj o en sentido contrario.
Graficamente el spín se representa: o así según el caso.
Cuando dos electrones giran en el mismo sentido, se dice que poseen spín paralelo:
Si el giro es en sentido contario, el spín es antiparalelo:
El spín constituye la cuarta caraterística de un electrón, es decir, es el cuarto número cuántico cuya representación es S ó ms.
PREGUNTA: El número máximo de electrones que caben en cada nivel es: