ORIGEN DE LOS NÚMEROS CUÁNTICOS.
Con el perfeccionamiento de las técnicas espectroscópicas surgieron preguntas que no podían responderse por medio del modelo de Bohr. Los espectrógrafos de alta resolución mostraron que muchas de las líneas de un espectro de emisión típico no eran líneas simples sino grupos de líneas muy poco espaciadas. Para explicar las nuevas líneas, la órbita electrónica se consideraba como elipse, similar a la órbita que sigue la tierra alrededor del sol, en el lugar de las órbitas circulares supuestas por Bohr. Puesto que requieren dos números para describir una elipse, se agrego un nuevo número para describir una elipse, se agregó un nuevo número al número cuántico principal. El nuevo número, designado por la letra l, se llama número cuántico orbital o azimutal.
Los problemas de Bohr no terminaron con las órbitas elípticas. Experimentaciones posteriores mostraron que al colocar la fuente emisora de luz en un campo magnético fuerte dividía las líneas del espectro en más líneas. Un tercer valor llamado número cuántico magnético y representado por ml, fue introducido para explicar el efecto magnético. Finalmente se introdujo un número cuántico para tomar en cuenta el giro del electrón. La hipótesis establece que un electrón puede girar en sentido de las agujas del reloj o en dirección contraria respecto al eje y cada tipo de giro da una línea espectral característica. Este número cuántico se llama número cuántico por espín, ms.
RESEÑA HISTORICA DE LOS NÚMEROS CUÁNTICOS.
En 1924, Lur de Brogolie (1892-premio Nóbel de Física, 1929) formuló la hipótesis de que los electrones se comportan como ondas. Dos años más tarde, Edwin Schrödinger (1887-1961, premio Nóbel de Física 1933) utilizó la idea de Broglie para obtener una ecuación que es la base científica de la mecánica ondulatoria. La ecuación está construida alrededor de cuatro constantes análogas a los cuatro números cuánticos de la teoría de Bohr. La resolución de la ecuación de Schrödinger proporciona valores numéricos para la energía de los electrones y predice la ubicación más probable del electrón alrededor alrededor del núcleo. Lo más asombroso de la ecuación de Schrödinger es que permanece como un como un postulado sin derivaciones teóricas. Las expresiones matemáticas en la ecuación son tan complejas que sólo se pueden resolver para los átomos más simples. Sin embargo el modelo de Schrödinger continúa siendo una herramienta científica valiosa en la compresión de la naturaleza esencial del átomo.
MODELO MECANICO-ONDULATORIO DEL ATOMO.
Los electrones se encuentran localizados en niveles de energía alrededor del núcleo y sus energía alrededor del núcleo y sus energías están cuantizadas, tal como están en la teoría de Bohr de la estructura atómica. Sin embargo estos niveles de energía están descriptos de manera bien diferente, consiste en uno o más subniveles o subcapas; que a su vez comprenden de uno o más orbitales.
Orbital: Se define como las regiones tridimensionales alrededor del núcleo donde existe una mayor probabilidad de localizar un electrón particular.
Es importante saber que no es posible especificar una trayectoria definida para un electrón; sólo se puede hablar de la probabilidad de presencia del electrón en cierta región del espacio alrededor del núcleo.
DESCRIPCIÓN DE LOS NUMEROS CUÁNTICOS.
Número Cuántico Principal ( n )
Indica el nivel de energía donde se encuentra el electrón asume valores enteros positivos, del 1 al 7;
(n) indica el número de subniveles; el número de orbitales por nivel es
n2 y el máximo de electrones que puede existir en un nivel dado es:
2n2.
El número que precede al orbital es igual al número cuántico principal, por ejemplo para los electrones que están en el orbital
4p, el
nivel = 4.
Número Cuántico Secundario ( l )
Indica el orbital en el que se encuentra el electrón, desde
l = 0 hasta
n - 1. Orbital (s,p,d,f respectivamente 0,1,2,3). El número de orbitales por subnivel es 2 l +1 (orientaciones), El número de electrones por subnivel es 2 (2 l +1). El valor máximo de “ l “ en el primer nivel es cero, lo cual indica que solo hay un subnivel “s” ; En el segundo nivel los valores posibles de “l” son 0, 1, indica que hay dos subniveles: s y p.
El número cuántico secundario se establece observando el orbital referido, por ejemplo para el orbital
4p, el subnivel es el orbital
l = 1 (p) (Tipo de orbital “p” indica que l = 1).
Número Cuántico Magnetico( m )
Representa la orientación de los orbitales en el espacio, o el tipo de orbital , dentro de un orbital especifico. Asume valores del número cuántico secundario negativo
(-l ) pasando por cero, hasta el número cuántico positivo
(+l ) .
El número de valores de m es
2 l +1 (Número de orbitales) Existen tres tipos de orbitales p (px, py y pz ) por lo que se dice que hay tres espacios donde se acomodan dos electrones en cada uno, esos espacios o tipos de orbitales reciben el valor del número cuántico magnético de -1 , 0 y +1 . Es decir para el orbital p existen 3 números cuánticos magnéticos.
Nivel principal (n) | Tipo de Orbital | Subnivel | # de orbitales (2 l + 1) | Números cuánticos “m” | Capacidad electronica 2 (2 l + 1) |
1 | s | 0 | 1 | 0 | 2 |
2 | p | 1 | 3 | -1 , 0 , +1 | 6 |
3 | d | 2 | 5 | -2 , -1 , 0 , +1 ,+2 | 10 |
4 | f | 3 | 7 | -3 , -2 , -1 , 0 , +1 , +2 , +3 | 14 |
Número Cuántico del Spin ó Giro( s ) Describe la orientación del giro del electrón. Este número tiene en cuenta la rotación del electrón alrededor de su propio eje a medida que se mueve rodeando al núcleo. Asume únicamente dos valores +1/2 y - 1/2, significa que el electrón solamente tiene dos posibilidades de rotación sobre su eje.
