[adinserter block=”1″]Los números cuánticos en química llegaron a ser determinantes para lograr describir la naturaleza ondulatoria de un electrón alrededor de un átomo.

De ese modo resulta mucho más eficaz tratar a los electrones en los átomos como ondas y no como partículas compactas o pequeñas viajando en orbitas circulares o elípticas.

En ese sentido, a diferencia de los objetos de gran tamaño, como pelotas, automóviles y otros cuerpos en donde sus movimientos son regulados por la mecánica clásica o Leyes de Newton, las partículas extremadamente pequeñas como los electrones están sujetos a otro tipo de mecánica. La mecánica cuántica.

Luis de Broglie concluyo que el electrón tiene un comportamiento dual onda-partícula, en otras palabras, un electrón es una partícula con una onda asociada.

La mecánica cuántica del átomo

Seguramente te lo haz preguntado y por eso te lo diremos ahora, hemos puesto la imagen de Sheldon Cooper en el post por que consideramos que el ha sido una de los personajes que ha puesto al alcance de muchos distintos temas relacionados a la mecánica cuántica.

La mecánica cuántica se basa, esencialmente, en las propiedades ondulatorias de la materia, esta describe mucho mejor el comportamiento de las partículas extremadamente pequeñas como los átomos y electrones.
La cuantizacion de la energía es una consecuencia de estas propiedades.
Dicho esto, debemos mencionar un principio que nos permite unir todo lo que hemos dicho hasta ahora sobre la naturaleza dual de la materia.

El principio de incertidumbre de Heisenberg

Es uno de los principios mas sobresalientes de la mecánica cuántica es que no puede determinarse con precisión la trayectoria de un electrón cuando se están moviendo alrededor del núcleo del átomo.

Por lo que el fisico aleman, Werner Heisenberg, en función de algunas observaciones experimentales, en 1929 concluyo que es imposible determinar con exactitud el momento y la posición de un electrón (o de cualquier otra partícula pequeña) en forma simultanea. Esta deduccion es lo que hoy conocemos como Principio de incertidumbre de Heisenberg.

Visión general del Principio de Incertidumbre de Heisenberg

El momento es igual a masa por velocidad.

Como los electrones son muy pequeños y se mueven a extrema velocidad, su movimiento suele detectarse por medio de radiación electromagnética.

Los fotones que interactuan con los electrones poseen de forma aproximada la misma energía.

En ese sentido, la interacción de un foton con un electrón modifica el movimiento del electrón.

No es posible determinar en forma simultanea la posición y la velocidad de un electrón. Por esta razón recurrimos al enfoque estadístico.

Por lo que hablamos de la probabilidad de encontrar al electrón en regiones especificas del espacio.

Ya con esto en mente podemos tener un lista con algunas ideas principales de la mecánica cuántica.

Ideas básicas de la mecánica cuántica

1. Los átomos y las moléculas solo pueden existir en ciertos estados de energía. En cada estado de energía, el átomo o la molécula posee una cantidad de energía definida. Cuando un átomo o molécula cambia su estado de energía, debe absorber o emitir energía suficiente para llevarlo a otro estado de energía (La condición cuántica).
2. Cuando los átomos o moléculas emiten o absorben radiación (luz) modifican su energía y el cambio de energía del átomo o molécula esta relacionado con la frecuencia o la longitud de onda de la luz que emite o absorbe según las ecuaciones:

$\large \Delta E= bv$ o $\Delta E = \frac{bv}{\lambda }$

Con esto se llega a una relación entre el cambio de energía $\Delta E$  y la longitud de la onda $\lambda$ de la radiación emitida o absorbida.

La cantidad de energía emitida o absorbida por un átomo al pasar de un estado de mayor energía a uno de menor energía  o viceversa  es igual a la cantidad de energía emitida o absorbida por un foton durante la transición.

3. Los estados de energía permitidos por los átomos o moléculas pueden describirse mediante una serie de números llamados numeros cuanticos.

¿Que son los números cuánticos?

Los numeros cuanticos son los números que describen la energía de los electrones en los átomos, estos resultan del tratamiento mecánico cuántico.

El enfoque matemático de la mecanica cuantica implica el tratamiento de un electrón en un átomo como una onda estacionaria.

Una onda estacionaria es aquella que no viaja y por lo tanto tiene al menos un punto, llamado nodo, en el que su amplitud de onda es cero.

En este enfoque , el electrón se caracteriza por una función de onda tridimensional, $\psi$. En una espacio alrededor del núcleo solo pueden existir ciertas “ondas”.

Canda “onda permitida” recibe el nombre de orbital y corresponde a un estado estable de energía de electrón y se describe mediante una serie de números cuánticos definidos.

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Ecuación de onda de Schrödinger

Puesto que un electrón es una partícula con una onda asociada, la ecuación de onda de Schrödinger permitio describir el movimiento y energía de los electrones . En una dimensión esta ecuación es:

$\large\frac{h^{2}}{8\pi ^{2}m}\frac{\partial^2 \psi }{\partial x^2}\dotplus V\psi= E\psi$

La solución matemática de la ecuación de Schrödinger establece que se requieren tres números cuánticos para describir un orbital $n, l$ y $m$.

Para describir completamente el comportamiento de un electrón especifico es necesario un cuarto numero cuantico s.

Definición de cada uno de los números cuánticos en química

Numero cuántico principal $n$

Describe el nivel principal de energía o capa que ocupa el electrón. Puede ser todo entero positivo.

$\large n= 1,2,3,4,…$

Numero cuántico de momento angular $l$

Es la solución de la mecánica cuántica a la ecuación de la onda que designa el valor de la subcapa o subnivel de energía, en concreto la serie de orbitales $(s, p, d, f)$ de una capa principal en la cual reside un electrón.

Este numero l puede tomar valores enteros que van desde $\large 0$ hasta $\large n-1$

$\large l= 1,2,3,4,…\left ( n-1 \right )$

Cada letra corresponde a una subcapa diferente y a un orbital en forma distinta:

$\begin{matrix}
l= 0,1,2,3,…\left ( n-1 \right ) & \\ \! \! \! \! \! \! \! \! \! \! \! \!\! \! \! \! \! \!  s,p,d,f
&
\end{matrix}$

En la primera capa el valor maximo de $\large l$ es $\large 0$ lo cual nos dice que solo hay una subcapa $\large s$ y no hay una subcapa $\large p$.

En la segunda capa los valores permisibles de $\large l$ son $\large 0$ y $\large 1$ y esto nos indica que solo hay subcapas $\large s$ y $\large p$.

Numero cuántico magnetico $\large m_{l}$

Este, designa a un orbital especifico de una subcapa. En cada subcapa $\large m_{l}$ puede tomar valores enteros que van desde $\large -l$, pasando por $\large 0$, hasta $\large +l$.

El valor maximo de $\large m_{l}$ depende del valor de $\large l$

Por ejemplo.

Si $\large l=1$ que refiere a la subcapa $\large p$

Entonces $\large m_{l}$ tomara los siguientes valores:

$\large m_{l}=-1,0,1$

En ese sentido, con una subcapa $\large p$ se encuentran asociadas tres regiones del espacio distintas, llamadas orbitales atómicos, los cuales se designan como orbitales $\large p_{x},p_{y},p_{z}$.

Numero cuántico de espín $\large m_{s}$

Este numero cuántico nos habla del giro de electrón y la orientación del campo magnético que genera ese giro.

Para cada uno de los valores que tomen los números cuánticos mencionados anteriormente $\large m_{s}$ puede tomar el valor de:

$\large m_{s}=\pm \frac{1}{2}$

Los valores de $\large n, l, m_{l}$ y $m_{s}$ describen un orbital atomico en particular. Cada orbital atomico no puede alojar mas de dos electrones, uno con $\large m_{s} =+\frac{1}{2}$ y otro con $\large m_{s} =-\frac{1}{2}$.

En la siguiente tabla detallamos todo lo que hemos dicho hasta ahora.

 

Preguntas relacionadas y frecuentes sobre los números cuánticos

Hemos realizado una investigación sobre las consultas más frecuentes hechas por los usuarios a través de los distintos motores de búsqueda, en relación a los números cuánticos; con el fin de ofrecer el contenido esencial y más coherente con tu búsqueda.

¿Que son los números cuánticos?

Los numeros cuanticos son los números que describen la energía de los electrones en los átomos, estos resultan del tratamiento mecánico cuántico.

¿Cuáles son los números cuánticos?

¿Cómo se representan los números cuánticos?

¿Qué es el número cuántico de spin?

¿Cuál es el número cuántico azimutal?

¿Cuál es o qué es el número cuántico principal?

¿Qué es un modelo cuántico del atomo?

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