Numeros Cuanticos

1.1.2 Descripción de los números cuánticos: significado, valores, niveles de energía, subniveles y orbitales.

Números cúanticos

Wolfgang Pauli fue uno de los componentes más importantes del grupo de científicos que crearon la teoría cuántica, juega un papel crucial en el desarrollo de esta teoría. Cada una de las capas del modelo atómico de Bohr correspondía a un conjunto de números cuánticos y formuló lo que hoy se conoce como el principio de exclusión de Pauli, según el cual dos electrones no pueden tener nunca el mismo conjunto de números cuánticos, proporcionando así una razón para justificar la forma de llenarse las capas de átomos cada vez más pesados.

Los números cuánticos se empleen para describir matemáticamente un modelo tridimensional del átomo. El número cuántico principal, n, define el estado de energía principal, o capa, de un electrón en órbita. El número cuántico orbital, l, describe la magnitud del momento angular del electrón en órbita. El número cuántico m describe la orientación magnética en el espacio del plano de la órbita del electrón. El llamado espín se designa con el número cuántico de espín magnético, ms, que puede adoptar el valor de – 1 o + 1 según la dirección del espín. Para cada número cuántico, salvo ms, sólo están permitidos determinados valores enteros. Las consecuencias de esta regla están sustancialmente de acuerdo con la ley periódica.

Por ejemplo, cuando el número cuántico principal (n) es 1, la teoría cuántica sólo permite que el número orbital (l) y el número cuántico magnético (m) tengan un valor de 0, y que el número cuántico de espín (ms) sea + 1 o – 1. El resultado es que sólo hay dos combinaciones posibles de números cuánticos: 1 – 0 – 0 – (+1) y 1 – 0 – 0 – (– 1). Según el principio de exclusión, cada una de estas dos combinaciones de números cuánticos puede ser adoptada por un único electrón. Por tanto, cuando el número cuántico principal es n = l, sólo dos electrones pueden ocupar esa capa electrónica.

Cuando n = 2, la teoría cuántica permite que l sea 0 o 1, m sea +1, 0, o –1, y ms sea + 1 o – 1. Existen ocho combinaciones posibles de estos números cuánticos. Por tanto, en la segunda capa electrónica puede haber un máximo de ocho electrones. Con este método puede establecerse el número máximo de electrones permitidos en cada capa electrónica de cualquier átomo. La ley periódica se explica por el diferente grado de llenado de las capas electrónicas de los átomos

¿Cuáles son los números cuánticos?

Para poder establecer la configuración electrónica de un átomo, es preciso conocer sus números cuánticos y determinar, a través de estos, la distribución y el spin (o sentido de giro) de cada electrón.

Los números cuánticos son cuatro:

Ø Número cuántico principal, n: Se relaciona con la distancia promedio que va del electrón al núcleo de un orbital en particular. Toma valores de los números enteros positivos y representa los niveles de energía de loa electrones de un átomo.

Ø Número cuántico secundario, azimutal o de momento regular, 1: Esta relacionado con la forma del orbital y depende del valor del número cuántico principal.

Los subniveles se designan con letras.

Ø Número cuántico magnético, m: Esta relacionado con la orientación espacial del orbital y depende del número cuántico de momento angular.

Un orbital puede albergar como máximo dos electrones.

Ø Número cuántico de spin electrónico, s: Determínale spin del electrón, es decir, el sentido en que gira el electrón sobre su propio eje.

El principio de exclusión de Pauli indica que en un mismo átomo no pueden existir dos electrones que tengan los cuatro números cuánticos iguales, es decir que al menos un número cuántico debe ser distinto.

Niveles de energía

Los electrones de los átomos se encuentran en niveles de energía o capas, las cuales aumentan de energía a medida que aumenta la distancia de éstos al núcleo del átomo. Por ello, entre más cercano esté el electrón al centro del átomo, más pequeña es su energía. Estos números cuánticos se designan con números enteros o con letras. El número máximo de electrones que puede alojar un nivel está dado por la función 2n2:

Nivel de Energía Máximo de electrones

1 (K) 2 (1)2 = 2

2 (L) 2 (2)2 = 8

3 (M) 2 (3)2 = 18

4 (N)… 2 (4)2 = 32 …

El número cuántico principal determina la energía de un orbital.

Los electrones que llenan el último nivel de energía de un átomo se conocen como electrones de valencia. El máximo número de electrones que pueden ser admitidos en el último nivel es de ocho electrones, a excepción de los átomos de Hidrógeno y Helio, cuyo máximo número de electrones de valencia es 2.

Los electrones de valencia son importantes porque éstos son los que participan en las reacciones químicas.

Número Atómico Asimutal

Los niveles de energía se dividen a su vez en subniveles, que se designan por las letras s, p, d y f. Después del subnivel f siguen en orden alfabético. Éste número cuántico determina la forma del lugar en el que probablemente se encuentra el electrón. Cada subnivel puede alojar cierto número de electrones:

Subnivel Máximo de electrones

S 2

P 6

D 10

f 14

Número

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