Química: La Teoría Cuántica y los Números Cúanticos

La teoría cuántica describe al átomo con un núcleo formado por protones (P+) y neutrones (n±) en torno al cual giran los electrones (ē) en orbitales, estos, a diferencia de las órbitas de Bohr, son regiones tridimensionales alrededor del núcleo donde existe una mayor probabilidad de localizar un electrón en particular.

Uno o más orbitales forman subniveles o subcapas, las que a su vez constituyen los niveles de energía como lo había propuesto Bohr, pero ahora cuantificado y determinados por los números cuánticos.

Números Cuánticos:

Los números cuánticos son valores que se asignan a los parámetros que determinan los diferentes niveles de energía de los electrones, la forma de los orbitales, sus características magnéticas y la dirección de su giro. Es decir, permite determinar el área alrededor de núcleo donde es probable que se encuentre el electrón y calcular la energía de este.

Un orbital es la región espacial alrededor del núcleo atómico en la que hay mayor probabilidad de encontrar un electrón.

Número Cuántico Principal (n):

Es cualquier número entero positivo entre el 1 y el 7, tomando en cuenta que para los electrones conocidos no es necesario utilizar más niveles. Este número representa el nivel o capa de energía en donde se encuentra el electrón.

El nivel más cercano al núcleo es n=1 y tiene menor energía, de aquí se deduce una ley que establece que mientras más grande sea el número de nivel, mayor será la anergia que se presenta, o ben mientras más alejado del núcleo se encuentre el nivel mayor será su energía. A medida que el tamaño de n aumenta:

-Mayor es el tamaño del orbital.

-Mayor tiempo el electrón estará distante del núcleo.

-Mayor es la energía del electrón.

-Menor es la atracción del electrón hacia el núcleo.

Número Cuántico Azimutal (L):

Este número determina el subnivel o subcapa dentro del nivel principal de energía. Indica la forma del orbital que se encuentra alrededor del núcleo, que puede ser circular si vale 0 o elíptica si tiene otro valor. Sus valores van desde 0 hasta n-1 y se designan con las letras s, p, d y f por sus nombres en inglés: Sharp, Principal, Diffuse y Fine (nítido, principal, difuso y fino).

De tal forma que cuando n=1, l=0 y se dice que el electrón está en una órbita s. Si n=2, l adopta los valores de 0 y 1, al cero le corresponde el orbital s y al uno le corresponde el orbital p. Cuando n=3, l puede tomar los valores 0, 1 y 2, por lo tanto, los orbitales que contiene son s, p y d. Cuando n=4, los valores de l son 0, 1, 2 y 3, es decir lor orbitales s, p, d y f.

Número Cuántico Magnético (m):

Representa la orientación de los orbitales electrónicos en el espacio, los valores de m indican el número de orbitales en cada subnivel y, por lo tanto, están en función de l=1, adoptando los valores desde -1 a +1, pasando por 0.

Eso significa que si el electrón se encuentra en un orbital s el valor para el subnivel l=0, m solamente puede tener el valor de 0, es decir una sola orientación y por lo tanto un solo valor. Para l=1, m puede adoptar los valores -1, 0 y +1, que equivalen a 3 orientaciones o 3 orbitales. Es decir, si el electrón se encuentra en un orbital p, cuando l=2, los valores de m son -2, -1, 0, +1 y +2 (5 orientaciones). Para l=3, m= -3, -2, -1, 0, +1, +2 y +3 (7 orbitales o 7 orientaciones), es decir si el electrón se encuentra en un orbital f. Lo anterior significa que solo existe una orbital de tipo s, 3p, 5d y 7f.

Número Cuántico Spind (s):

Describe la orientación del giro del electrón y adopta los valores -1/2 y +1/2, se designan con una flecha hacia abajo y una hacia arriba respectivamente, que representa el giro del electrón en sentido de las manecillas del reloj y en dirección contraria.

Los orbitales s aceptan como máximo 2 electrones, los p aceptan 6, los d 10 y los f 14.