Cuatro números cuánticos: principal, momento angular, magnético y giro

Cuatro números cuánticos

La tabla periódica se puede utilizar para determinar configuraciones electrónicas.

¿Cómo describiría a alguien exactamente dónde vive? Supongo que empezarías con tu dirección. Cuando especifica la ubicación de un edificio, generalmente indica en qué país se encuentra, en qué ciudad y estado se encuentra dentro de ese país y su dirección. Así como no hay dos edificios que tengan exactamente la misma dirección, no hay dos electrones que puedan tener el mismo conjunto de números cuánticos . Además, existen reglas muy específicas sobre los números cuánticos que pueden existir juntos, al igual que no diría que Wisconsin es un estado en el país de España. Un número cuánticodescribe un aspecto específico de un electrón. Así como tenemos cuatro formas de definir la ubicación de un edificio (país, estado, ciudad y dirección), tenemos cuatro formas de definir las propiedades de un electrón o cuatro números cuánticos.

Configuraciones de electrones

Antes de comenzar esta lección, debe comprender qué es una configuración electrónica y cómo escribir una para un elemento. Recuerde que una configuración electrónica nos dice dónde está cada electrón en un átomo, y conocer la disposición de los electrones es necesario para comprender cómo reaccionará un elemento y qué tipos de moléculas formará. Así que comencemos con un átomo de silicio. ¿Cuál sería su configuración electrónica? Debería tener una respuesta de 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 2. El silicio tiene un total de 14 electrones, todos representados por esa configuración electrónica. Entonces, ¿qué significan todos esos números y letras? Esta lección va a descifrar ese código de configuración electrónica.

La configuración electrónica del silicio

Orbitales

Antes de entrar en detalles sobre esos números cuánticos, es importante tener en cuenta que cuando digo ubicación, me refiero a la ubicación probable. Realmente no hay forma de saber exactamente dónde está un electrón en un momento dado; son muy esquivos. Pero es posible determinar en qué región tridimensional específica se encuentra probablemente. Estos límites tridimensionales donde es más probable que se encuentre un electrón se denominan orbitales atómicos .

Número cuántico principal

El primer número cuántico que describe un electrón se llama número cuántico principal . A menudo se simboliza con la letra n . Este número nos dice el nivel de energía o el tamaño de un orbital. Cuanto mayor sea el número, mayor será la región. Así que tomemos la configuración electrónica del silicio y observemos el último electrón que se agregó al silicio. Debe ser uno en el orbital 3 p . Ese 3 indica el número cuántico principal. Entonces, para este electrón, n = 3. El orbital en el que estará el último electrón será más grande que el orbital 2 p porque tiene un número más alto. Esto significa que es más probable que el electrón 2 p se encuentre más cerca del núcleo que el 3p electrón. También escuchará mucho el término “nivel de energía” cuando se trate de electrones y sus ubicaciones. Los 2 p electrones están ubicados en el segundo nivel de energía y los 3 p electrones están ubicados en el tercer nivel de energía. Tendrán más energía que los electrones en los orbitales 2 p . Entonces, en el silicio, ¿cuántos electrones tendrán n = 3 como uno de sus números cuánticos? La respuesta es 4. Hay dos electrones de 3 sy dos electrones de 3 p . Todos comienzan con 3, por lo que todos tendrán un número cuántico principal de 3.

Número cuántico de momento angular

El número cuántico de momento angular se refiere a las formas de los orbitales.

El siguiente número cuántico se relaciona con las letras en la configuración electrónica. ¿Qué letras encontró cuando escribió las configuraciones electrónicas? Debería haber encontrado s , p , d y f . Las letras representan el número cuántico del momento angular . Suena como un bocado, pero en realidad es solo la forma del orbital y a veces está simbolizado por la letra l . Los orbitales s tienen una forma esférica, los orbitales p tienen forma de mancuerna, los orbitales d se parecen a un trébol de cuatro hojas tridimensional, y flos orbitales tienen más forma de flor. Al asignar un número a cada forma, los orbitales en forma de s tienen un l = 0, los orbitales p tienen un l = 1, los orbitales d tienen l = 2 y los orbitales f tienen l = 3. De modo que el último electrón que que agregamos al átomo de silicio en el orbital 3 p tendrá un l = 1 y tendrá forma de mancuerna. Entonces, para este electrón, n = 3 y l = 1. Puede notar que algunas combinaciones de números cuánticos serán imposibles. Por ejemplo, no puede tener n = 1 yl = 2 para un grupo de números cuánticos porque eso significaría que la configuración electrónica tendría que ser 1 d , y no hay electrones 1 d .

Número cuántico magnético

El siguiente número cuántico indica la posición del orbital, cómo está organizado en el espacio. Se llama número cuántico magnético y a veces se simboliza con ml . No importa cuántas veces intente girar una esfera , siempre terminará con una sola orientación. Esto significa que solo hay un número cuántico magnético posible para todos los orbitales s . Eso es ml = 0. Los orbitales p pueden tener tres orientaciones diferentes, por lo que se les asignan tres números cuánticos magnéticos diferentes para las posibles posiciones de los orbitales p ; tenemos ml = -1, ml = 0 y ml= +1. El -1 significa que las mancuernas están alineadas a lo largo del eje x , el 0 indica que las mancuernas están alineadas a lo largo del eje z y el +1 indica que las mancuernas están alineadas a lo largo del eje y . Los orbitales d y los orbitales f son un poco más complicados, pero sepa que los orbitales d pueden tener 5 orientaciones diferentes (-2, -1, 0, +1 y +2) y los orbitales f pueden tener 7 orientaciones diferentes, por lo que las diferentes posiciones de los orbitales f se representan como -3, -2, -1, 0, +1, +2 y +3. Ese último electrón que ponemos en el átomo de silicio tendría un n = 3, un l= 1, y ml = -1, 0 o +1, que representan las tres posibles posiciones que pueden tener los orbitales p .

Los orbitales p tienen tres números cuánticos magnéticos diferentes.

Número cuántico de giro

El número cuántico final no se ocupa del tamaño, la forma o la posición del orbital, sino del electrón en sí. El número cuántico de spin , a menudo simbolizado por s o ms , ofertas con el espín del electrón y juega un papel muy importante en la determinación de las propiedades magnéticas de un átomo o molécula. Cada orbital individual puede contener hasta dos electrones, y cada electrón tendrá un giro diferente, representado como +1/2 o -1/2. Entonces, para nuestro electrón de silicio, tendría un ms = +1/2 o -1/2. Realmente no hay forma de saber con solo mirar la configuración electrónica cuál es.

Practicando

Bien, ahora vamos a practicar un poco. Escriba la configuración electrónica del calcio. Debería tener 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 y 4 s 2 como respuesta. Nos vamos a centrar en solo uno de los dos electrones de 4 s . Uno de estos electrones debe tener una serie de números cuánticos como este: n = 4, l = 0 (0 es el número asociado con los orbitales s ), ml = 0 (solo hay una forma de orientar una esfera) y msserá igual a -1/2 o +1/2. Cualquiera que sea el giro que tenga este electrón de 4 s , el otro tendrá el giro opuesto.

Resumen de la lección

Comprender los números cuánticos puede ser bastante difícil porque es un concepto muy abstracto. En realidad, nunca ves electrones en tu vida diaria, por lo que no es muy fácil identificarte. Lo que ayuda es pensar en un número cuántico como un fragmento de una dirección, cada uno cada vez más específico. El número cuántico principal solo indica el tamaño del orbital o el nivel de energía, el número cuántico de momento angular indica la forma del orbital, el número cuántico magnético indica la orientación o posición del orbital, y el número cuántico de espín indica el espín del orbital. electrón, representado como +1/2 o -1/2.

Recuerde, un orbital es solo una ubicación tridimensional alrededor del núcleo de un átomo donde probablemente se ubicará un electrón.

Los resultados del aprendizaje

Después de ver esta lección, debería poder:

• Definir número cuántico y orbital atómico
• Identificar y describir los cuatro números cuánticos y comprender cómo escribirlos según la configuración electrónica.