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Números Cuánticos y Orbitales Electrónicos

Números Cuánticos y Orbitales Electrónicos

La química es principalmente el estudio de las interacciones electrónicas entre átomos y moléculas. Comprender el comportamiento de los electrones en un átomo, como el principio de Aufbau, es una parte importante para comprender las reacciones químicas. Las primeras teorías atómicas utilizaron la idea de que el electrón de un átomo seguía las mismas reglas que un mini sistema solar donde los planetas eran electrones que orbitaban un protón central. Las fuerzas eléctricas atractivas son mucho más fuertes que las fuerzas gravitacionales, pero siguen las mismas reglas básicas cuadradas inversas para la distancia. Las primeras observaciones mostraron que los electrones se movían más como una nube que rodea el núcleo que como un planeta individual. La forma de la nube, u orbital, dependía de la cantidad de energía, momento angular y momento magnético del electrón individual. Las propiedades de la configuración electrónica de un átomo se describen mediante cuatro números cuánticos: norte, ℓ, metroy s.

Primer número cuántico

El primero es el número cuántico del nivel de energía, norte. En una órbita, las órbitas de menor energía están cerca de la fuente de atracción. Cuanta más energía le das a un cuerpo en órbita, más se va. Si le das suficiente energía al cuerpo, dejará el sistema por completo. Lo mismo es cierto para un electrón orbital. Valores más altos de norte significa más energía para el electrón y el radio correspondiente de la nube de electrones u orbital está más alejado del núcleo. Valores de norte comienza en 1 y sube por cantidades enteras. Cuanto mayor sea el valor de n, más cerca están los niveles de energía correspondientes entre sí. Si se agrega suficiente energía al electrón, dejará el átomo y dejará un ion positivo.

Segundo número cuántico

El segundo número cuántico es el número cuántico angular, ℓ. Cada valor de norte tiene múltiples valores de ℓ que varían en valores de 0 a (n-1). Este número cuántico determina la 'forma' de la nube de electrones. En química, hay nombres para cada valor de ℓ. El primer valor, ℓ = 0 se llama orbital s. Los orbitales son esféricos, centrados en el núcleo. El segundo, ℓ = 1 se llama p orbital. Los orbitales p son generalmente polares y forman una forma de pétalo de lágrima con el punto hacia el núcleo. ℓ = 2 orbitales se llama d orbital. Estos orbitales son similares a la forma orbital p, pero con más 'pétalos' como una hoja de trébol. También pueden tener formas de anillo alrededor de la base de los pétalos. El siguiente orbital, ℓ = 3 se llama f orbital. Estos orbitales tienden a parecerse a los orbitales d, pero con incluso más "pétalos". Los valores más altos de ℓ tienen nombres que siguen en orden alfabético.

Tercer número cuántico

El tercer número cuántico es el número cuántico magnético, metro. Estos números fueron descubiertos por primera vez en espectroscopía cuando los elementos gaseosos fueron expuestos a un campo magnético. La línea espectral correspondiente a una órbita particular se dividiría en varias líneas cuando se introdujera un campo magnético a través del gas. El número de líneas divididas estaría relacionado con el número cuántico angular. Esta relación muestra para cada valor de ℓ, un conjunto correspondiente de valores de metro que van de -ℓ a ℓ se encuentra. Este número determina la orientación del orbital en el espacio. Por ejemplo, p orbitales corresponden a ℓ = 1, pueden tener metro valores de -1,0,1. Esto representaría tres orientaciones diferentes en el espacio para los pétalos gemelos de la forma orbital p. Suelen definirse como pX, pagsy, pagsz para representar los ejes con los que se alinean.

Cuarto número cuántico

El cuarto número cuántico es el número cuántico de giro, s. Solo hay dos valores para s, + ½ y -½. Estos también se conocen como 'girar hacia arriba' y 'girar hacia abajo'. Este número se usa para explicar el comportamiento de electrones individuales como si estuvieran girando en sentido horario o antihorario. La parte importante de los orbitales es el hecho de que cada valor de metro tiene dos electrones y necesitaba una forma de distinguirlos unos de otros.

Relacionando Números Cuánticos con Orbitales Electrónicos

Estos cuatro números norte, ℓ, metroy s se puede usar para describir un electrón en un átomo estable. Los números cuánticos de cada electrón son únicos y no pueden ser compartidos por otro electrón en ese átomo. Esta propiedad se llama Principio de exclusión de Pauli. Un átomo estable tiene tantos electrones como protones. Las reglas que siguen los electrones para orientarse alrededor de su átomo son simples una vez que se entienden las reglas que rigen los números cuánticos.

Para la revisión

  • norte puede tener valores de números enteros: 1, 2, 3, ...
  • Por cada valor de norte, ℓ puede tener valores enteros de 0 a (n-1)
  • metro puede tener cualquier valor de número entero, incluido cero, de -ℓ a + ℓ
  • s puede ser + ½ o -½