Los números cuánticos son los números que definen la energía y la localización de los electrones en los átomos relacionados con sus orbitales atómicos.
Importancia de los números cuánticos
En muchas ocasiones es necesario conocer la posición, la dirección del movimiento y la velocidad de móviles como: proyectiles, aviones, trenes, barcos, entre otros, y pueden ser calculados por que el movimiento de estos, obedecen a las leyes de la mecánica clásica.
De la misma manera el comportamiento de la materia y la radiación son importantes para la ciencia y sus aplicaciones, razón por la cual es necesario describir y explicar las propiedades de las moléculas, los átomos y sus constituyentes: electrones, protones, neutrones, y otras partículas como los quarks, los gluones, fotones y bosones. De aquí parte la importancia de conocer los números cuánticos.
Debido al tamaño de las partículas elementales a escalas atómicas y subatómica la mecánica clásica no podría describir su comportamiento ya que estas obedecen a las leyes de la mecánica cuántica.
El modelo actual del átomo se basa en la mecánica cuántica ondulatoria. Werner Heisenberg con el principio de incertidumbre “Es imposible determinar el momento y la posición de un electrón o cualquier otra partícula muy pequeña de forma simultánea”.
Posteriormente Erwin Schrödinger dice que un electrón puede ser descrito mediante una ecuación matemática denominada función de onda, ψ, también llamada ecuación de Schrödinger y la descripción del electrón se obtiene resolviendo dicha ecuación.
Estas funciones se denominan orbitales (región del espacio de máxima probabilidad de encontrar un electrón). Cada orbital está asociado a 3 números cuánticos (n, l y ml) que describen a un electrón en el átomo. Entonces decimos que los números cuánticos son los que definen la energía y la localización de electrones en los átomos relacionados con los orbitales atómicos.
Tipos de números cuánticos
Existen cuatro números cuánticos, que se refieres a las propiedades magnéticas de los electrones llamadas espin.
Número cuántico principal (n):
Su valor indica la órbita o nivel energético en el que se encuentra el electrón, y considera que mientras mayor sea el valor de n, más alejado está el electrón del núcleo, y mayor es su contenido energético.
Los valores que adquiere n, son números enteros mayores de cero; por ejemplo:
Cuando n = 1, el electrón se encuentra en la órbita 1
Cuando n = 2, el electrón se encuentra en la órbita 2
Cuando n = 3, el electrón se encuentra en la órbita 3 . .
Cuando n = x, el electrón se encuentra en la órbita x
Número cuántico secundario(l):
Su valor indica la subórbita o subnivel de energía en el que se encuentra el electrón. Dicha sub-órbita o sub-nivel energético, también llamado orbital, se puede entender como la forma geométrica que describe el electrón al moverse dentro del átomo.
Para cada valor de n, l adquiere diferentes valores enteros, que van desde cero hasta n-1; por ejemplo: Cuando n = 1, l adquiere un valor: 0
Cuando n = 2, l adquiere dos valores: 0 y 1
Cuando n = 3, l adquiere tres valores: 0, 1 y 2 . . .
Cuando n = x, l adquiere tres valores: 0, 1, 2, …, n-1
Es importante recordad que los orbitales son formas geométricas que describen los electrones al moverse en el interior del átomo. Estas formas geométricas son diferentes para cada valor de l y a cada orbital se le asigna una literal.
Cuando l = 3, los orbitales son del tipo f.
Cuando l = 4, los orbitales son del tipo g y a partir de aquí, se van asignando las letras siguientes del abecedario.
Conforme aumenta el valor de l, aumenta la complejidad de la figura geométrica que describe el electrón; de hecho, aún no se han determinado las formas que presentan los orbitales del tipo g.
Numero cuantico magnetico (ml)
El número cuántico magnético, se denota con una letra m y sus valores indican las orientaciones que tienen los orbitales en el espacio.
Para cada valor de l, m adquiere diferentes valores enteros que van desde –l hasta +l, pasando por cero; por ejemplo:
Cuando l = 0, m adquiere un solo valor: 0
Cuando l = 1, m adquiere tres valores: –1, 0 y +1
Cuando l = 2, m adquiere cinco valores: –2, –1, 0, +1 y +2 . . .
Cuando l = n-1, m adquiere 2n-1 valores: –(n-1), …, –1, 0, +1, …, (n-1)
Por lo tanto, para las tres primeras órbitas de un átomo, se tienen los siguientes números cuánticos, de acuerdo a la tabla siguiente:
Al emplear los parámetros n, l y m en la ecuación de onda de onda de Schrödinger, fue un gran avance para conocer la estructura electrónica del átomo y permitió justificar muchas características físicas y químicas de los elementos. Pero fue necesario introducir un cuarto número cuántico, para considerar los efectos magnéticos y poder explicar el diamagnetismo y paramagnetismo de los átomos de los elementos.
Número cuántico de espin o de giro (n)
Este número tiene dos valores por cada valor del número cuántico ml; los valores son +½ y -½, y denotan los dos posibles giros del electrón alrededor de su propio eje.
En resumen…
Los números cuánticos nos indican la posición y la energía del electrón. Ningún electrón de un mismo átomo puede tener los mismos números cuánticos, podemos identificarlos con las letras n,m,l y s.
Es importante saber que el comportamiento de la materia y la radiación son importantes para la ciencia y sus aplicaciones, razón por la cual es necesario describir y explicar las propiedades de las moléculas, los átomos y sus constituyentes: electrones, protones, neutrones, y otras partículas como los quarks, los gluones, fotones y bosones. De aquí parte la importancia de conocer los números cuánticos.