Números Cuánticos: Exploración Detallada de los Orbitales Atómicos
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Números Cuánticos y Orbitales Atómicos
Los números cuánticos son un conjunto de números que caracterizan los estados propios estacionarios de un electrón en un átomo hidrogenoide y, por tanto, describen los orbitales atómicos. Estos números cuánticos son:
I) Número Cuántico Principal (n)
Este número cuántico indica la distancia entre el núcleo y el electrón, medida en niveles energéticos. La distancia media en unidades de longitud también crece monótonamente con n. Los valores de este número, que corresponde al número del nivel energético, varían entre 1 e infinito, aunque solo se conocen átomos que tengan hasta 7 niveles energéticos en su estado fundamental.
II) Número Cuántico del Momento Angular o Azimutal (l)
El número cuántico azimutal (l = 0, 1, 2, 3, 4, 5, ..., n-1) indica la forma de los orbitales y el subnivel de energía en el que se encuentra el electrón. Un orbital de un átomo hidrogenoide tiene l nodos angulares y n-1-l nodos radiales. Si:
- l = 0: Subórbita "s" ("forma circular") → s proviene de sharp (nítido)
- l = 1: Subórbita "p" ("forma semicircular achatada") → p proviene de principal
- l = 2: Subórbita "d" ("forma lobular, con anillo nodal") → d proviene de diffuse (difuso)
- l = 3: Subórbita "f" ("lobulares con nodos radiales") → f proviene de fundamental
- l = 4: Subórbita "g"
- l = 5: Subórbita "h"
Para obtener mayor información sobre los orbitales, vea el artículo Orbital.
III) Número Cuántico Magnético (m, ml)
Indica la orientación espacial del subnivel de energía, "(m = -l, ..., 0, ..., l)". Para cada valor de l hay 2l+1 valores de m.
IV) Número Cuántico de Espín (s, ms)
Indica el sentido de giro del campo magnético que produce el electrón al girar sobre su eje. Toma valores 1/2 y -1/2.
En resumen, el estado cuántico de un electrón está determinado por sus números cuánticos:
| Nombre | Símbolo | Significado | Rango de valores | Valor ejemplo |
|---|---|---|---|---|
| Número cuántico principal | n | Shell o capa | 1, 2, 3,... | 3 |
| Número cuántico secundario o azimutal (momento angular) | l | Subshell o subcapa | 0, 1, ..., n-1 | 1 (para p) |
| Número cuántico magnético (proyección del momento angular) | m | Orientación espacial del orbital | -l, ..., 0, ..., l | 0 (para pz) |
| Número cuántico de espín (proyección de espín) | s | Espín | +1/2, -1/2 | +1/2 |
Descripción Detallada de los Números Cuánticos
Los números cuánticos determinan la región del espacio-energía de mayor probabilidad para encontrar a un electrón. El desarrollo de la Teoría Cuántica fue realizado por Plank, Maxwell, Schrödinger, Pauling, Heisenberg, Einstein, De Broglie y Boltzmann.
n = Número Cuántico Principal
Proporciona el Nivel y la distancia promedio relativa del electrón al Núcleo. n posee valores de 1, 2, 3,....
l = Número Cuántico Azimutal
Proporciona el subnivel. Cada orbital de un subnivel dado es equivalente en energía, en ausencia de un campo magnético. l posee valores desde 0 hasta n-1.
m = Número Cuántico Magnético
Define la orientación del Orbital. m posee valores desde -l pasando por 0 hasta +l.
s = Número Cuántico de Spin
Define el giro del Electrón. s posee valores de +1/2 y -1/2.