Los orbitales de los electrones en los átomos se refieren a sus formas y niveles de energía. Estos provienen directamente de la ecuación de Schrödinger, que es la ecuación básica de la mecánica cuántica que describe los átomos. Esta ecuación solo se puede resolver exactamente para átomos o iones que contienen solo un electrón. Los primeros tres números cuánticos especifican los posibles estados cuánticos únicos para los electrones en cada átomo. El cuarto se debe a lo que se llama espín electrónico. En realidad, es poco probable que los electrones realmente giren, pero a veces se comportan como si lo hicieran; De ahí la designación. Es un principio de la mecánica cuántica que no hay dos partículas que puedan ocupar el mismo estado cuántico. Así, los cuatro números cuánticos identifican de manera única el estado cuántico y, por lo tanto, el comportamiento de cada electrón individual.
Afortunadamente, incluso sin una solución exacta, la ecuación de Schrödinger puede dar buenas primeras aproximaciones para átomos con muchas elecciones. Las disposiciones y formas y los niveles de energía relativa de los átomos de múltiples electrones son lo suficientemente similares a los de los átomos de un electrón que las designaciones también son útiles para tales átomos. Dicho esto, así es como se designan esos cuatro números cuánticos.
1. Número cuántico principal ( n ): n = 1, 2, 3,…, ∞
Esto especifica la energía aproximada de todos los electrones con este valor de n. También especifica el tamaño del orbital, que es un tipo de distancia promedio de su núcleo. Se dice que todos los orbitales que tienen el mismo valor de n están en el mismo caparazón (nivel).
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2. Número cuántico de impulso angular (secundario, azimutal) ( l ): l = 0, …, n -1.
Esto especifica la forma de un orbital con un número cuántico principal particular. El número cuántico secundario divide las capas en grupos más pequeños de orbitales llamados subcapas (subniveles). Por lo general, se usa un código de letras para identificar l para evitar confusiones con n . El valor de l afecta la energía del electrón ligeramente. Aumenta con el aumento de l.
Esas letras son:
l 0 1 2 3 4 5
spdfgh
3. Número cuántico magnético ( ml ): ml = – l , …, 0, …, + l .
Esto especifica la orientación en el espacio de un orbital de una energía dada ( n ) y forma ( l ). Cada uno de estos orbitales tiene la misma forma pero está orientado de manera diferente en el espacio. Hay 2 l +1 de dichos orbitales en cada subshell. Por lo tanto, la subshell s tiene un solo orbital, la subshell p tiene tres orbitales, y así sucesivamente.
4. Número cuántico de centrifugado ( ms ): ms = + ½ o -½.
Especifica la orientación del eje de rotación de un electrón. Un electrón puede girar en solo una de dos direcciones (a veces llamado arriba y abajo ).
El punto de todo esto es que estos números determinan las propiedades de los átomos. Esto significa cosas como: si un orbital externo tiene solo uno o dos electrones, puede ir a un nivel de energía más bajo al liberar ese electrón en un átomo que, por ejemplo, solo le falta un electrón en su capa externa. El primer elemento sería un metal y el segundo sería un no metal fuerte. La gran variedad de combinaciones de números cuánticos explica tanto las similitudes como las diferencias de los distintos átomos en la tabla atómica.
