Los números cuánticos: significados y características

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Los números cuánticos se identifican con las letras: “n”, “l”, “m” y “s”, y son valores que describen algunas de las características de los electrones de un átomo. Principalmente, permiten localizar las zonas donde es más probable encontrar un electrón.

Los cuatro números cuánticos

A principios del siglo XX se realizaron importantes avances científicos dentro de la mecánica cuántica y la física atómica. El físico austríaco Schrödinger y el físico danés Niels Bohr sentaron las bases de la teoría atómica. Entre sus diferentes aportaciones, fueron pioneros en el uso de los números cuánticos para describir a los electrones de un átomo. Bohr, incluso, desarrolló su propio modelo atómico, que actualmente es el más aceptado. Algunas de las características del modelo atómico de Bohr se refieren al número y la posición de los electrónes en un átomo. Por ejemplo, el número de electrones de un átomo aumenta desde el núcleo hacia el exterior. Otra característica importante es que los electrones no se mueven en órbitas, al contrario de lo que indicaban las anteriores teoría atómicas. En realidad, según la teoría cuántica, solo se puede indicar y predecir dónde es más probable que se encuentre un electrón, y esas zonas se llaman orbitales atómicos. Además, estos pueden albergar una cantidad limitada de electrones.

Las distintas teorías dieron lugar a los cuatro números cuánticos. Estos números se usan para explicar las características de los electrones de un átomo. Los números cuánticos tienen los siguientes valores y propiedades:

El número cuántico principal

Se simboliza como “n” e indica los niveles de energía que posee un átomo. Es decir, el nivel energético donde se mueve un electrón. También permite calcular la distancia aproximada entre el núcleo del átomo y el electrón. Asimismo, permite reconocer el tamaño del orbital donde se encuentra el electrón. El valor de este número cuántico es un número entero a partir de 1 en adelante. Hasta ahora sólo se conocen átomos con 8 niveles energéticos como máximo.

El número cuántico secundario o azimutal

Se representa con la letra “l” e indica el orbital específico donde se encuentra un electrón. También señala el subnivel de energía de un electrón. El valor de “l” puede ser: 0, 1, 2,… hasta -1. Los orbitales, a su vez, presentan distintas formas. Pueden clasificarse en:

  • “s” si l=0;
  • “p” si l=1;
  • “d” si l=2; y
  • “f” si l =3.

El número cuántico magnético

m” es el número cuántico magnético, también llamado momento angular, y marca la orientación de los orbitales en el espacio. También indica la cantidad de orbitales para cada subnivel. Puede tener un valor del número cuántico “l” negativo (-l), (0) o un número cuántico secundario positivo (+l).

El número cuántico de spin

  • El número cuántico de espín (o spin), se simboliza con la letra “s”. Este número indica el sentido del giro de los electrones sobre un eje imaginario. Puede tomar los valores fraccionarios: 1/2 y -1/2.

Otras características de los números cuánticos

Además de los valores mencionados, los números cuánticos también presentan otras características especiales:

  • Indican la posición de la energía de un electrón.
  • Según el Principio de Pauli, ningún electrón de un mismo átomo puede tener los mismos números cuánticos.
  • De acuerdo a una teoría de Schrödinger, según los valores de los números cuánticos se obtienen diferentes soluciones de ecuaciones de onda. Estos resultados nos permitirán conocer los lugares que cuentan con una mayor probabilidad de tener un electrón.
  • El spin de electrón “s” es una propiedad característica de los electrones. Esto se debe a que presentan un momento angular propio, indicado por el número cuántico.
  • Cada subnivel de energía contiene uno o más orbitales. La cantidad de estos orbitales en cada subnivel y su orientación espacial están determinados por el numero cuántico magnético.
  • Auque los números cuánticos se utilizan principalmente para describir a los electrones, también pueden describir los protones y neutrones de un átomo.

Ejemplos de los números cuánticos

Para poder analizar los electrones de un átomo y aplicar los números cuánticos, se toma como ejemplo a un átomo hidrogenoide. Es decir, se utiliza un átomo similar al del hidrógeno (H), que tiene un solo núcleo y un solo electrón. Este tipo de átomos tiene valores para los números cuánticos: “n”, “l” y “m”. En cambio, en átomos polielectrónicos o de varios electrones, también se añade el número cuántico “s”.

Otro ejemplo es el átomo de carbono (C), donde los electrones se encuentran en el orbital 2p. Los cuatro números cuánticos que se utilizan para describir a los electrones de este átomo son: n = 2; l = 1; m = 1, 0 o -1; y s = 1/2.

Bibliografía

  • Lahera Claramonte, J. De la teoría atómica a la física cuántica: Bohr. 2010 (2da. Edición). España. Nivola Ediciones.
  • Wurtz, A. La teoría atómica. 2018. España. The Forgotten Books.
  • Gillespie, G. T. Introducción a la mecánica cuántica. 2021 (1era. Edición). España. Reverte.
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Cecilia Martinez (B.S.)
Cecilia Martinez (Licenciada en Humanidades) - AUTORA. Redactora. Divulgadora cultural y científica.

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