Significado de los números cuánticos
La descripción matemática que se le da a cada orbital se encuentra asociado a tres números cuánticos, que se representan con las letras n, l y ml. Los números cuánticos son números, siempre enteros, que se encuentran relacionados entre sí y nos dan información a cerca de la energía que tiene el electrón en un orbital determinado, además de la colocación de la densidad electrónica, la cual se distribuye en el espacio que se encuentra en torno al núcleo del átomo.
Los números cuánticos inician con el conocido como número cuántico principal n, el cual tiene como siempre como valor números enteros y positivos, así n, puede tomar valores como n = 1, 2, 3, 4… . Dichos valores se encuentran relacionados a la energía que posee el orbital y también a su tamaño. La medida que tienen los orbitales se encuentra dependiente del número cuántico n, pues cuanto mayor sea n para un orbital del mismo tipo, la probabilidad máxima de encontrar el electrón se encuentra a distancias cada vez más alejadas del núcleo. Al grupo de orbitales que poseen igual valor de n, se les conoce con el nombre de nivel, o capa.
El siguiente número cuántico, el segundo número o número cuántico secundario, se representa con la letra l y nos da información sobre la forma que tiene el orbital. El valor que toma l se encuentra relacionado al valor de n; es decir, para cada valor que tienen n, l puede coger distintos valores de números enteros que van desde el cero hasta n-1. Los valores 0, 1, 2, 3 del número cuántico l se describen a través de las letras s, p, d, y f de manera respectiva. Por lo tanto, hablamos de orbitales, s, p, d, o f, según el valor que tenga el número cuántico secundario. Estas letras son las iniciales inglesas de sharp ( definida, s), principal ( principal, p), difuse ( difusa, d) y fundamental ( fundamental, f).
- Valor de l : 0-1-2-3
- Letra usada: s-p-d-f
Los orbitales que tienen los valores iguales de n y l, conforman lo que se conoce como subcapa o subnivel. En cada uno de los niveles existen tantos subniveles como nos indica el valor n. Así por ejemplo, en el nivel n=2 existen 2 subniveles o subcapas, la subcapa 2s )l=o) y la subcapa 2p ( l=1).
El número cuántico ml, es el tercer número cuántico o número cuántico magnético. Este se encuentra asociado a las diferentes orientaciones que toma el orbital con respecto a una dirección concreta y definida. Su valor se encuentra estrechamente relacionado con el valor que tiene l, pues ml puede tener todos los valores enteros que se encuentren entre -l y +l, encontrándose incluido el número cero.
La cantidad de orbitales que existe en cada subnivel o subcapa se representa por 2l+1, es decir, por ejemplo, si cada subcapa p ( l=1) tiene tres orbitales con idéntica energía (2.1 + 1); en cada uno de las subcapas d(l=2) hay 5 orbitales ( 2.2 + 1); en cada subcapa f (l= 3) existen 7 orbitales ( 2.3 +1), etc.
Además de los números cuánticos mencionados, existe un cuarto número cuántico llamado número cuántico de spin, representado por ms. Este número cuántico se refiere a la orientación del spin del electrón, es decir, la dirección en la que gira el electrón. Los electrones pueden girar en dos direcciones posibles, a las que se les asigna un valor de spin +1/2 o -1/2. Este número cuántico es fundamental para entender el principio de exclusión de Pauli, que establece que no puede haber dos electrones en un átomo que tengan los mismos cuatro números cuánticos.
La comprensión de los números cuánticos es esencial para entender cómo los electrones se distribuyen en los átomos y cómo interactúan estos con la luz y otras formas de energía. Los números cuánticos son la base de la teoría cuántica, que ha revolucionado nuestra comprensión del mundo a nivel atómico y subatómico. Aunque la teoría cuántica puede parecer abstracta y difícil de entender, es fundamental para muchas de las tecnologías que usamos en la vida cotidiana, como los láseres, los semiconductores y la resonancia magnética.