Números cuánticos. Orbitales atómicos

Números cuánticos. Orbitales atómicos

Los números cuánticos son cuatro: n, l, m y s.
Veamos a continuación el significado que la mecánica ondulatoria otorga a cada uno de ellos.

El número cuántico principal, n, representa el volumen de un orbital; puede tomar los valores enteros del uno en adelante:
n = i, 2, 3, 4, ...

Estos valores se corresponden con los niveles energéticos de las capas electrónicas K, L, M, N, O, P y Q, del átomo de Bohr.

El número cuántico secundario, l, representa la forma del orbital y toma los valores comprendidos desde cero hasta n - 1:
l = 0, 1, 2,      n - 1

Si l = 0, el orbital tiene forma esférica, ya que el valor de la probabilidad es el mismo para puntos situados a igual distancia del núcleo, cualquiera que sea la orientación. Se denomina orbital s.

Si l = 1, la probabilidad o nube electrónica está concentrada alrededor de un eje y existe un plano nodal, perpendicular a la zona de distribución de la carga. El orbital está formado por dos lóbulos tangentes y se denomina orbital p.

Si l = 2, el orbital se llama d.
Si l = 3, el orbital se llama f.
Si l = 4, el orbital se llama g.

El número cuántico m representa las posibles orientaciones de un orbital en el espacio; toma todos los valores comprendidos entre + l y - l, incluido el cero; en total: 2 l + 1 valores posibles.

Veamos en el cuadro siguiente las posibilidades de un átomo con tres niveles de energía:

Observamos que para los orbitales p hay tres posibles orientaciones en el espacio; cada una de ellas corresponde a una distribución de la carga electrónica alrededor de cada uno de los tres ejes X, Y, Z; por lo que los orbitales se denominan, respectivamente, px, py y pz.

Para los orbitales d existen cinco posibilidades. Estos orbitales son algo más complejos y no son todos ellos iguales; sus nombres son: dxy, dxz, dyz, dx²-y² y dz².

Los orbitales dxy, dxz y dyz están formados por cuatro lóbulos tangentes, situados sobre los planos XY, XZ e YZ, respectivamente. El orbital dx²-y²  también está formado por cuatro lóbulos tangentes, pero en este caso se encuentran sobre los ejes X e Y. El orbital dz² consta de dos lóbulos tangentes sobre el eje Z, y un anillo central.

El cuarto número cuántico s o ms (número cuántico de spin), como ya hemos dicho, representa las posibles orientaciones del electrón respecto a un eje tomado como referencia; estas orientaciones son independientes de su movimiento de traslación. Toma dos posibles valores:

Mientras que un orbital queda representado por tres números cuánticos (n, l, m), un electrón necesita cuatro números cuánticos para quedar definido.