Números cuánticos en Química, son los conjuntos de números que describen la órbita y el movimiento de un electrón dentro de un átomo. Cuando se suman los números cuánticos de todos los electrones de un átomo dado, deben satisfacer la ecuación de Schrödinger .

Los números cuánticos son el conjunto de números utilizados para describir la posición y 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.

Aprendamos sobre todos los números cuánticos en detalle en este artículo.

Tabla de contenidos

• ¿Qué son los números cuánticos?
• Tipos de números cuánticos
• Importancia de los números cuánticos
• Orbital atómico
• Otras leyes relacionadas con la posición y el camino de los electrones

¿Qué son los números cuánticos?

Los números cuánticos son el conjunto de valores constantes en el enfoque cuántico. Números cuánticos o Números cuánticos electrónicos Describe un electrón con valores numéricos que brindan soluciones a la ecuación de onda de Schrodinger para átomos de hidrógeno. Estos números pueden definir la posición, energía y orientación de un electrón en un átomo a través del conjunto de números.

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De acuerdo con la principio de exclusión de Pauli , no es posible que dos electrones en un átomo tengan el mismo conjunto de números cuánticos. Se utiliza un valor semientero o entero para caracterizar cada número cuántico. Los números cuánticos principal, azimutal y magnético están relacionados respectivamente con el tamaño, la forma y la orientación del átomo.

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

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

Tipos de números cuánticos

Se utilizan cuatro números cuánticos para describir completamente todas las características de un electrón en un átomo. Estos números cuánticos son:

• Número cuántico principal (n)
• Número cuántico azimutal (l)
• Número cuántico magnético (m_yo)
• Número(s) cuántico(s) de espín del electrón

Número cuántico principal (n)

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

• 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 electrónica 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 a un electrón se le infunde energía (estado excitado), el electrón salta de una capa principal a una capa superior, lo que hace que el valor de n aumente.
• De manera similar, a medida que los electrones pierden energía, regresan a 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 energía absorbida por el electrón.
• De manera similar, una disminución en el valor de n de un electrón se denomina emisión, y aquí es donde los electrones emiten su energía.

Número cuántico azimutal (l) – Número cuántico de momento angular orbital

El número cuántico azimutal (o momento angular orbital) describe la forma de un orbital. Está representado por la letra 'l' y su valor es igual al número total de nodos angulares en el orbital.

• Un valor del número cuántico azimutal puede denotar un subnivel 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, el subnivel resultante es un subnivel 's'.
• Cuando l = 1 y l = 2, los subniveles resultantes son los subniveles 'p' y 'd', respectivamente (respectivamente).
• Como resultado, cuando n=3, los tres subniveles 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 nodos angulares.

Número cuántico magnético (m_yo)

El número cuántico magnético determina el número total de orbitales en una subcapa, así como su orientación. Está representado por el símbolo 'm_yo.’ 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_yocae 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 determinada 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 albergar un total de 10 electrones.

Número(s) cuántico(s) de espín del electrón

El número cuántico de espín del electrón es independiente de n, l y m._yovalores. El valor de este número, denotado por el símbolo m_s, indica la dirección en la que gira el electrón.

• A ellos_sEl valor 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_sdenota un giro ascendente del electrón, también conocido como giro hacia arriba.
• si m_ses negativo, se dice que el electrón en cuestión tiene un espín descendente o spin down.
• El valor del número cuántico del espín del electrón determina si el átomo en cuestión puede generar o no un campo magnético. El valor de m._sse puede generalizar a ±½.

Importancia de los números cuánticos

Los números cuánticos son importantes porque pueden usarse para estimar la configuración electrónica de un átomo y dónde es más probable que se encuentren sus electrones. El radio atómico y la energía de ionización de los átomos, entre otras propiedades, también están determinados por los números cuánticos.

Cada número cuántico tiene su propio significado que se describe en la siguiente tabla:

Orbital atómico

Como sabemos, los electrones se comportan como ondas y la posición del electrón dentro del átomo se puede definir fácilmente con la ayuda de la teoría ondulatoria de la mecánica cuántica resolviendo la ecuación de onda de Schrodinger en el nivel de energía específico de un átomo.

Estas funciones de onda que definen la posición de un electrón dentro de un átomo se denominan orbitales atómicos. Estos orbitales son los lugares que tienen mayor probabilidad de encontrar el electrón. Hay cuatro tipos de orbitales dentro de un átomo.

• s – orbital
• pag – orbital
• d – orbital
• f – orbital

Los orbitales atómicos también se definen como el espacio físico dentro del átomo donde la probabilidad de encontrar el electrón es mayor.

Leer más:

• Configuración Electrónica de Elementos
• Llenado de orbitales en el átomo.
• Formas de orbitales atómicos

Otras leyes relacionadas con la posición y el camino de los electrones

Otras tres reglas y principios de la química nos ayudan a comprender la posición, la trayectoria, las órbitas y los niveles de energía de los electrones en un átomo; estos se analizan en las subsecciones siguientes:

Principio de estructura

El principio de Aufbau, también llamado regla de Aufbau, dice que los electrones entran primero en orbitales atómicos de menor energía antes que en los de mayor energía. Aufbau significa construcción en alemán.

Definición NCERT del principio de estructura

En el estado fundamental de los átomos, los orbitales se llenan en orden creciente de energía.

El Principio de construcción nos ayuda a descubrir cómo se organizan los electrones en átomos o iones. Por ejemplo, la subcapa 1s se llena antes que la subcapa 2s.

Este es el orden en que los electrones llenan los orbitales: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p y y así sucesivamente. Este patrón de llenado se aplica a todos los átomos.

Para ejemplo , utilizando el Principio de Aufbau, el configuración electrónica del azufre se escribe como [S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Regla de Hund de máxima multiplicidad

La regla de Hund dice que cada orbital en un subnivel recibe un electrón antes de que cualquiera de ellos obtenga un segundo. Y todos los electrones en estos orbitales individuales tienen el mismo espín.

Definición NCERT de la regla de Hund

El emparejamiento de electrones en los orbitales que pertenecen a la misma subcapa (p, d o f) no tiene lugar hasta que cada orbital perteneciente a esa subcapa tiene un electrón cada uno, es decir, está ocupado individualmente.

La regla de Hund, también llamada regla de máxima multiplicidad, puede dar como resultado que los átomos tengan múltiples electrones desapareados. Estos electrones desapareados pueden girar en diferentes direcciones, creando momentos magnéticos en varias direcciones.

La regla de Hund se aplica a determinadas moléculas que tienen electrones desapareados.

Principio de exclusión de Pauli

El principio de exclusión de Pauli dice que dos partículas idénticas con espines semienteros no pueden estar en el mismo estado cuántico dentro de un sistema.

Definición NCERT del principio de exclusión de Pauli

No hay dos electrones en un átomo que puedan tener el mismo conjunto de cuatro números cuánticos.

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O

Sólo pueden existir dos electrones en el mismo orbital y estos electrones deben tener espín opuesto.

En química, el principio de exclusión de Pauli nos dice que dentro del mismo átomo, no hay dos electrones que puedan tener sus cuatro números cuánticos idénticos. Esto significa que, como máximo, dos electrones pueden ocupar el mismo orbital y deben tener espines opuestos.

El principio de exclusión de Pauli establece límites sobre el número de electrones que puede haber en una capa o subcapa.

Preguntas resueltas sobre números cuánticos

Pregunta 1: Encuentra los cuatro números cuánticos del último electrón del Rubidio.

Solución:

El rubidio tiene el número atómico Z = 37.

Configuración Electrónica de Rubidio,

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶5s¹

El último electrón de la capa de valencia es 5s.¹

Por lo tanto,

Número cuántico principal, n = 5,

Número cuántico azimutal, l = 0,

Número cuántico magnético, m_yo= 0,

Número cuántico de giro, s = +1/2

Preguntas 2: Indique los posibles valores del número cuántico magnético para l = 2.

Solución:

Teniendo en cuenta que el Número Cuántico Azimutal, l = 2

Lo sabemos,

metro_yo= – l a + l

Por lo tanto,

metro_yo= -2 a +2

es decir.

metro₂= -2, -1, 0, +1, +2

Preguntas 3: Encuentra los cuatro números cuánticos del último electrón del sodio.

Solución:

marquesina html

El sodio tiene el número atómico Z = 11.

Configuración Electrónica de Rubidio,

1s²2s²2p⁶3s¹

El último electrón de la capa de valencia es 3s.¹

Por lo tanto,

Número cuántico principal, n = 3,

Número cuántico azimutal, l = 0,

Número cuántico magnético, m_yo= 0,

tipo de inserción

Número cuántico de giro, s = +1/2

Preguntas 4: Indique los posibles valores del número cuántico magnético para l = 3.

Solución:

Teniendo en cuenta que el Número Cuántico Azimutal, l = 3

Lo sabemos,

para l = 3,

metro_yo= – 3 a + 3

es decir.

metro = -3 , -2, -1, 0, +1, +2 +3

Problemas de práctica de preguntas frecuentes sobre números cuánticos

Para aprender más sobre la práctica de números cuánticos Preguntas frecuentes sobre números cuantitativos

Preguntas frecuentes sobre números cuánticos

Definir números cuánticos.

El conjunto de números que se utilizan para definir la posición y la energía del número de electrones en un átomo se denominan números cuánticos.

¿Cuántos números cuánticos hay?

Los cuatro números cuánticos son:

• Número cuántico principal (n)
• Número cuántico azimutal (l)
• Número cuántico magnético (m_yo)
• Número(s) cuántico(s) de espín del electrón

¿Qué número cuántico especifica la forma de un orbital?

El número cuántico azimutal (l), también llamado número cuántico angular, define la forma del orbital.

¿Qué número cuántico determina la orientación del orbital?

Número cuántico magnético (m_yo) se utiliza para representar la orientación del orbital en el espacio tridimensional.

¿Cuántos números cuánticos se requieren para especificar un orbital?

Se requieren tres números cuánticos para especificar el orbital de un átomo que son:

• Número cuántico principal (n)
• Número cuántico azimutal (l)
• Número cuántico magnético (m_yo)

¿Qué número cuántico determina la energía del electrón?

La energía del electrón se puede determinar fácilmente utilizando el número cuántico principal (n) y el número cuántico azimutal (l) de un electrón.

¿Qué es la energía cuántica?

La energía de las partículas cuánticas (es decir, partículas muy, muy pequeñas) se llama energía cuántica. Una forma de medir la energía cuántica es utilizando fotones, que es la unidad más pequeña para medir la energía de la luz y la energía de otras ondas electromagnéticas.

¿Qué es el espín de un electrón?

El espín del electrón 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 giro ocurre cuando el electrón gira en el sentido de las agujas del reloj sobre su eje; El spin-down ocurre cuando el electrón gira en sentido antihorario.

¿Qué es el principio de construcción?

Principio de construcción es un concepto en química que explica cómo los electrones llenan los orbitales atómicos en un átomo. Según este principio, los electrones ocupan los orbitales de menor energía disponibles antes de pasar a los de mayor energía.

¿Cuál es la clase 11 de la regla de Hund?

La regla de Hund, que se analiza a menudo en la clase 11 de química, establece que los electrones ocuparán orbitales del mismo nivel de energía (subcapa) individualmente antes de emparejarse. Además, los electrones en orbitales individualmente ocupados tendrán espines paralelos.

¿Qué es la forma completa de SPDF?

SPDF significa los cuatro subniveles u orbitales de un átomo: s, p, d y f. Estas letras representan diferentes formas y orientaciones de los orbitales atómicos donde es probable que se encuentren los electrones.

• S: agudo
• P: Principal
• D: difuso
• F: fundamental

¿Por qué lo cuántico se llama cuántico?

El término cuanto tiene su origen en la palabra latina que significa cuánto o cantidad . En física, se refiere a las unidades discretas e indivisibles en las que ciertas cantidades físicas, como la energía y el momento, se cuantifican según la teoría cuántica. Estas unidades discretas son fundamentales para comprender el comportamiento de las partículas a nivel atómico y subatómico. Por tanto, el campo de la física cuántica lleva el nombre del concepto de cuantificación.