Número cuántico principal: definición y ejemplo

¿Cuál es el número cuántico principal?

Imaginemos un edificio de apartamentos con varios pisos: cuantos más pisos haya, más personas pueden residir en el edificio y la dirección de cada persona es diferente, según la habitación y el piso que ocupan.

Al igual que cada persona o familia ocupa diferentes pisos en el edificio de apartamentos, para los electrones, ocupan diferentes capas de electrones principales. ¿Cómo sabemos qué capa principal de electrones ocupan estos electrones? El número cuántico principal nos dice qué capas de electrones principales ocupan los electrones. Por ejemplo, la configuración electrónica del helio (He) es 1 s ^ 2; el número cuántico principal es el número ‘1’. Esto significa que los dos electrones del helio ocupan la primera capa principal de electrones.

Al igual que el edificio de apartamentos, tenemos un primer piso, un segundo piso, un tercer piso, etc. Para asignar los números cuánticos principales, usamos el símbolo n , donde puede asignar valores an , y estos valores son:

Si ocupa un piso más alto y no hay ascensor, necesita gastar más energía para ir a donde necesita estar. De la misma manera, a medida que n aumenta, esto significa que la energía del electrón también aumenta.

Visualización

Cuando hay más pisos en un edificio de apartamentos, eso significa que más personas pueden ocupar el edificio y distribuirse más en cada piso. Si no hay tantos pisos, las personas que ocupan el edificio están más concentradas en un espacio más pequeño. Lo mismo puede decirse del número cuántico principal y la densidad electrónica.

El número cuántico principal nos dice no solo la energía de un electrón, sino que también nos da una idea de la densidad de electrones alrededor del núcleo de un átomo. En la siguiente ilustración, muestra a la izquierda que cuando el número cuántico principal es menor, la densidad de electrones está más concentrada más cerca del átomo, lo que significa que la nube de electrones es más pequeña. A la derecha, la densidad de electrones está más dispersa cuando el número cuántico principal es mayor y la nube de electrones es mayor.

Con base en la ilustración anterior, podemos concluir que los valores más altos de n tienen un radio atómico más grande y una mayor distancia entre el núcleo y el electrón. La atracción entre los electrones y el núcleo no es tan fuerte para un átomo con un radio atómico más grande. Esto significa que la energía necesaria para eliminar un electrón, la energía de ionización , es menor cuando el radio atómico es mayor debido a la menor atracción entre el núcleo y el electrón.

El espacio entre cada piso de un edificio de apartamentos es un espacio que las personas no pueden ocupar. Los electrones también tienen un espacio que no pueden ocupar, llamado nodo. Un nodo es un área donde hay cero probabilidad de encontrar un electrón. El número cuántico principal también nos dice sobre el número de nodos en un átomo.

El número total de nodos se determina a partir del número cuántico principal, n , restando uno de n . Entonces, el número total de nodos es igual an – 1, como se muestra en la ilustración anterior. A medida que aumenta el número cuántico principal n , también lo hace la densidad electrónica y el número de nodos.

Subcapas y electrones

Hay un número específico de subcapas para cada número cuántico principal. El número de n es igual al número de subcapas. Si n = 1, hay una subcapa, si n = 2, hay dos subcapa y así sucesivamente. Cada subcapa tiene un número máximo específico de electrones que puede ocupar. ¿Cómo podemos determinar el número máximo de electrones para n ? Usamos esta fórmula simple: 2 n ^ 2. La siguiente tabla nos muestra el número cuántico principal n , el número de subcapas y el número máximo de electrones:

Para visualizarlo mejor, la siguiente ilustración muestra el núcleo, el número de capas principales (la primera capa es n = 1, la segunda capa es n = 2 y la tercera capa es n = 3), las subcapas y el número máximo de electrones.

Resumen de la lección

Revisemos. El número cuántico principal nos dice el nivel de energía principal o capa de un electrón y nos da una idea de la densidad de electrones alrededor del núcleo. También nos dice el número de nodos , cuántas subcapas hay y la cantidad máxima de electrones para cada capa.

Cuanto mayor sea el valor de n , mayor será la nube de electrones, así como el número de nodos. Para un valor más alto de n , el radio atómico es mayor y la distancia entre el electrón y el núcleo aumenta, disminuyendo la atracción entre los dos. Esto da como resultado una menor energía de ionización .

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