Números cuánticos: concepto, tipos, ejemplos

Los números cuánticos se pueden utilizar para describir la trayectoria y el movimiento de un electrón dentro de un átomo. Cuando se suman los números cuánticos de todos los electrones en un átomo dado, deben satisfacer la ecuación de Schrödinger. Los números cuánticos son el conjunto de números utilizados para describir la posición y la energía de un electrón en un átomo. Hay cuatro tipos de números cuánticos: principal, azimutal, magnético y de espín. Los números cuánticos representan los valores de las cantidades conservadas de un sistema cuántico. Los números cuánticos electrónicos (números cuánticos que describen electrones) son un conjunto de valores numéricos que proporcionan soluciones a la ecuación de onda de Schrödinger para los átomos de hidrógeno.

Se pueden usar cuatro números cuánticos para describir completamente todas las propiedades de un electrón dado en un átomo; estos son:

1. Número cuántico principal
2. Número cuántico del momento angular orbital (o número cuántico azimutal).
3. número cuántico magnético
4. El número cuántico de espín del electrón

Número cuántico principal

El símbolo ‘n’ representa los principales números cuánticos. Denotan la capa de electrones primaria del átomo. Debido a que describe la distancia más probable entre el núcleo y los electrones, un mayor valor del número cuántico principal implica una mayor distancia entre el electrón y el núcleo (que, a su vez, implica un mayor tamaño atómico).

• El valor del número cuántico principal puede ser cualquier número entero con un valor positivo igual o mayor que uno. El valor n=1 denota la capa de electrones más interna de un átomo, que corresponde al estado de energía más bajo de un electrón (o estado fundamental). 
• Como resultado, el número cuántico principal, n, no puede tener un valor negativo o ser igual a cero porque un átomo no puede tener un valor negativo o ningún valor para una capa principal.
• Cuando se infunde energía a un electrón (estado excitado), el electrón salta de una capa principal a una capa superior, lo que hace que aumente el valor de n.
• De manera similar, a medida que los electrones pierden energía, regresan a las capas inferiores, lo que reduce el valor de n. La absorción se refiere al aumento en el valor de n para un electrón, enfatizando los fotones o la energía absorbida por el electrón. 
• De manera similar, una disminución en el valor de n para un electrón se denomina emisión, y aquí es donde los electrones emiten su energía.

Número cuántico azimutal

El número cuántico azimutal (o momento angular orbital) describe la forma de un orbital. Se representa con la letra ‘l’ y su valor es igual al número total de Nodes angulares en el orbital. 

• Un valor del número cuántico azimutal puede denotar una subcapa s, p, d o f, cuyas formas varían. 
• Este valor está determinado por (y limitado por) el valor del número cuántico principal, es decir, el número cuántico azimutal oscila entre 0 y (n-1).
• Por ejemplo, si n = 3, el número cuántico azimutal puede tener tres valores: 0, 1 y 2. 
• Cuando l se establece en cero, la subcapa resultante es una subcapa ‘s’. 
• Cuando l=1 y l=2, las subcapas resultantes son las subcapas ‘p’ y ‘d’, respectivamente (respectivamente). 
• Como resultado, cuando n=3, las tres subcapas que pueden existir son 3s, 3p y 3d. En otro caso donde n = 5, los valores posibles de l son 0, 1, 2, 3 y 4. Si l = 3, el átomo contiene tres Nodes angulares.

Número cuántico magnético

El número cuántico magnético determina el número total de orbitales en una subcapa, así como su orientación. Está representado por el símbolo ‘m _l ‘. Este número representa la proyección del momento angular del orbital a lo largo de un eje dado. 

• El número cuántico magnético está determinado por el número cuántico azimutal (o momento angular orbital). 
• Para un valor dado de l, el valor de m _l cae entre -l y +l. Como resultado, depende indirectamente del valor de n. 
• Por ejemplo, si n = 4 y l = 3 en un átomo, el número cuántico magnético puede ser -3, -2, -1, 0, +1, +2 y +3. El número total de orbitales en una subcapa dada está determinado por el valor ‘l’ del orbital. 
• Se calcula mediante la fórmula (2l + 1). La subcapa ‘3d’ (n=3, l=2), por ejemplo, tiene 5 orbitales (2*2 + 1). Cada orbital puede contener dos electrones. Como resultado, la subcapa 3d puede acomodar un total de 10 electrones.

Número cuántico de espín de electrones

El número cuántico de espín del electrón es independiente de los valores de n, l y m _{l .} El valor de este número, denotado por el símbolo m _s , indica la dirección en la que gira el electrón. 

• El valor m _s indica la dirección en la que gira el electrón. El número cuántico de espín del electrón puede tener valores entre +1/2 y -1/2. 
• Un valor positivo de m _s denota un giro hacia arriba en el electrón, también conocido como giro hacia arriba. 
• Si m _s es negativo, se dice que el electrón en cuestión tiene un espín hacia abajo o hacia abajo. 
• El valor del número cuántico de espín del electrón determina si el átomo en cuestión puede generar un campo magnético o no. El valor de m _s puede generalizarse a ±½.

Ejemplos de preguntas 

Pregunta 1: ¿Quién propuso el número cuántico principal?

Responder:

El concepto de niveles de energía y notación se basa en el modelo anterior del átomo de Bohr. La ecuación de Schrödinger transformó el concepto de un átomo de Bohr plano bidimensional en un modelo de movimiento ondulatorio tridimensional. Donde n = 1, 2, 3 se denomina cantidad principal y h es la constante de Planck.

Pregunta 2: ¿Qué es la energía cuántica?

Responder:

En mecánica, un cuanto es una unidad natural discreta o un paquete de energía, carga, momento angular u otra propiedad física. Los fotones, que son paquetes de luz similares a partículas, son un concepto que se aplica con frecuencia a los cuantos con otras fuentes de radiación electromagnética, como los rayos X y los rayos gamma.

Pregunta 3: ¿Qué es la polarización magnética?

Responder:

La magnetización o polarización magnética es el campo vectorial que representa la densidad de los momentos dipolares magnéticos permanentes o inducidos en un medio magnético en el electromagnetismo clásico. M está representado por un pseudovector.

Pregunta 4: ¿Cuál es el giro de un electrón?

Responder:

El espín electrónico es una propiedad cuántica de los electrones. Es una forma con momento angular. Como técnica de enseñanza, los instructores comparan el espín de los electrones con el planeta que gira sobre su propio eje cada 24 horas. El spin-up ocurre cuando el electrón gira en el sentido de las agujas del reloj sobre su eje; spin-down se produce cuando el electrón gira en sentido contrario a las agujas del reloj.

Pregunta 5: ¿Cuáles son los principales niveles de energía?

Responder:

La capa u orbital en el que reside un electrón en relación con el núcleo del átomo se denomina nivel de energía primaria del electrón en química. Este nivel se denota por el número cuántico principal n. El primer elemento de la tabla periódica introduce un nuevo nivel de energía clave.