Descreva os quatro números quânticos usados ​​para caracterizar um elétron em um átomo

Os números quânticos são valores que descrevem a energia ou estado energético do elétron de um átomo. Os números indicam o spin, a energia, o momento magnético e o momento angular de um elétron. De acordo com a Purdue University, os números quânticos vêm do modelo de Bohr, da equação de onda Hw = Ew de Schrödinger, das regras de Hund e da teoria orbital de Hund-Mulliken. Para entender os números quânticos que descrevem os elétrons em um átomo, é útil estar familiarizado com os termos e princípios relacionados à física e à química.

Os elétrons giram em camadas atômicas chamadas orbitais. Caracterizado por "n", o número quântico principal identifica a distância do núcleo de um átomo a um elétron, o tamanho do orbital e o momento angular azimutal, que é o segundo número quântico representado por "ℓ." O número quântico principal também descreve a energia de um orbital conforme os elétrons estão em um estado constante de movimento, têm cargas opostas e são atraídos para o núcleo. Orbitais onde n = 1 estão mais próximos do núcleo de um átomo do que aqueles onde n = 2 ou um número maior. Quando n = 1, um elétron está em um estado fundamental. Quando n = 2, os orbitais estão em um estado excitado.

Representado por “ℓ,” o número quântico angular ou azimutal identifica a forma de um orbital. Também informa em qual suborbital, ou camada atômica, você pode encontrar um elétron. A Purdue University diz que orbitais podem ter formas esféricas onde ℓ = 0, formas polares onde ℓ = 1 e formas de trevo onde ℓ = 2. Uma forma de folha de trevo que tem uma pétala extra é definida por ℓ = 3. Os orbitais podem ter formas mais complexas com pétalas adicionais. Os números quânticos angulares podem ter qualquer número inteiro entre 0 e n-1 para descrever a forma de um orbital. Quando há sub-orbitais, ou sub-camadas, uma letra representa cada tipo: “s” para ℓ = 0, “p” para ℓ = 1, “d” para ℓ = 2 e “f” para ℓ = 3. Orbitais podem ter mais sub-camadas que resultam em um número quântico angular maior. Quanto maior o valor da sub-camada, mais energizada ela fica. Quando ℓ = 1 e n = 2, a sub-camada é 2p, pois o número 2 representa o número quântico principal ep representa a sub-camada.

O número quântico magnético, ou "m", descreve a orientação de um orbital com base em sua forma (ℓ) e energia (n). Nas equações, você verá o número quântico magnético caracterizado pela letra M minúscula com um subscrito ℓ, m_ {ℓ}, que informa a orientação dos orbitais dentro de um subnível. A Purdue University afirma que você precisa do número quântico magnético para qualquer forma que não seja uma esfera, onde ℓ = 0, porque as esferas têm apenas uma orientação. Por outro lado, as "pétalas" de um orbital com uma folha de trevo ou formato polar podem estar voltadas para diferentes direções, e o número quântico magnético indica para que lado elas estão. Em vez de ter números inteiros positivos consecutivos, um número quântico magnético pode ter valores integrais de -2, -1, 0, +1 ou +2. Esses valores dividem as sub-camadas em orbitais individuais que carregam os elétrons. Além disso, cada sub-camada tem 2ℓ + 1 orbitais. Portanto, a sub-camada s, que é igual ao número quântico angular 0, tem um orbital: (2x0) + 1 = 1. A sub-camada d, que é igual ao número quântico angular 2, teria cinco orbitais: (2x2) + 1 = 5.

O Princípio de Exclusão de Pauli diz que dois elétrons não podem ter os mesmos valores n, ℓ, m ou s. Portanto, apenas no máximo dois elétrons podem estar no mesmo orbital. Quando há dois elétrons no mesmo orbital, eles devem girar em direções opostas, pois criam um campo magnético. O número quântico de spin, ou s, é a direção em que um elétron gira. Em uma equação, você pode ver este número representado por um m minúsculo e uma letra minúscula subscrita s, ou m_ {s}. Como um elétron só pode girar em uma das duas direções - no sentido horário ou anti-horário - os números que representam s são +1/2 ou -1/2. Os cientistas podem se referir ao spin como "para cima" quando é no sentido anti-horário, o que significa que o número quântico do spin é +1/2. Quando o giro está "para baixo", ele tem um valor m_ {s} de -1/2.