Definição de números quânticos

Candela Rocío Barbisan | Dez 2021
Engenharia Química

Os números quânticos são um conjunto de números representados por letras que, dependendo da posição do elétron a que eles são encaminhados, tomam diferentes valores dentro de uma faixa possível. Agora vamos descrever cada um deles e veremos exemplos de como eles são aplicados de acordo com o elétron que queremos designar.

Número quântico principal ("n")

Está intimamente relacionado com Energia que o elétron possui. Quanto maior o “n”, maior a energia, pois esse número está relacionado ao tamanho do orbital. Matematicamente, ele nos diz o período em que o elétron está localizado, e como sabemos pelas configurações eletrônicas dos elementos do Tabela periódica, existem fisicamente até sete níveis de energia. Portanto, "n" pode variar de um a sete, dependendo do distância ao qual o elétron do átomo está localizado.

Número quântico secundário ou azimutal ("ℓ")

Este número permite identificar o subnível de energia que o elétron está ocupando, então, novamente, quanto maior o número quântico azimutal, maior a energia do elétron. Matematicamente, "ℓ" representará os subníveis "s", "p", "d" e "f" que identificamos as configurações eletrônicas dos elementos da Tabela Periódica. É por isso que pode assumir valores que variam de zero até ("n" -1) onde "n" é o número quântico principal.

Por exemplo, se n = 1, então ℓ só pode ser zero, pois corresponde ao subnível de energia "s". Considerando que, se n = 2, ℓ pode valer zero e um, uma vez que podemos estar nos referindo a um elétron do subnível "s" ou do subnível "p", respectivamente. Desta forma, identificamos: ℓ = 0 para o subnível de energia “s”, ℓ = 1 para o subnível de energia “p”, ℓ = 2 para o subnível de energia “d” e ℓ = 3 para o subnível de energia “f”.

Deve-se notar que, de acordo com "n", os subníveis de energia "s", "p", "d" e "f" podem adicionar orbitais e, portanto, conter mais elétrons. Por exemplo, em n = 1, ℓ = 0 com um único subnível “s” e um único orbital que pode conter dois elétrons. Para n = 2, ℓ = 0 com um subnível “s” ou ℓ = 1 com um subnível “p” que pode conter três orbitais e acomodar seis elétrons.

Para n = 3, ℓ = 0 com um subnível “s” ou ℓ = 1 com um subnível “p” que pode conter três orbitais e acomodar seis elétrons ou ℓ = 2 com o subnível "d" que pode conter cinco orbitais e acomodar dez elétrons.

Finalmente, para n = 4, ℓ = 0 com um subnível “s” ou ℓ = 1 com o subnível “p” que pode conter três orbitais e acomodar seis elétrons ou ℓ = 2 com o subnível “d” que pode conter cinco orbitais e abrigar dez elétrons ou ℓ = 3 com subnível “f” que pode conter sete orbitais e abrigar quatorze elétrons.

Se quiséssemos representar esses orbitais no espaço, sua forma seria algo como o seguinte:

Img: ChemistryGod

Número quântico magnético ("m")

Está relacionado à orientação do orbital no espaço e ao número de orbitais que cada subnível possui. Portanto, o valor que leva varia de "-ℓ" a "ℓ". Por exemplo, para ℓ = 1, o subnível “p” contém até 3 orbitais, então “m” adquire valores como -1, 0 ou 1. Da mesma forma, para ℓ = 2, o subnível "d" contém até 5 orbitais, então "m" pode ser: -2, -1, 0, 1 ou 2. Da mesma forma, é concluído para ℓ = 0 ou ℓ = 4.

Número quântico de spin ("s")

Relacionadas às propriedades magnéticas do elétron e servem para identificar a direção de rotação do elétrons que estão localizados no mesmo orbital, pois cada um deles terá um sinal diferente. Portanto, "s" pode assumir o valor de +1/2 ou -1/2.

Tomemos o cloro como exemplo, para identificar os números quânticos em seus elétrons alojados no último nível de energia. Para isso precisamos conhecer sua configuração eletrônica, que é: 1s² 2s² 2 P⁶3s²3p⁵. Os elétrons do último nível são aqueles alojados no nível 3, então: n = 3. Então, ℓ = 0 ou ℓ = 1, para elétrons alojados em subníveis "s" ou "p", respectivamente.

Agora, para ℓ = 0 (3s²), m = 0 es vale +1/2 e -1/2, respectivamente, em cada um dos elétrons ali alojados. Para ℓ = 1 (3p⁵), m = -1,0,1, enquanto s vale +1/2 e -1/2 respectivamente em cada um dos elétrons alojados lá para m = -1 e 0, enquanto o O orbital designado como m = 1 não é completo com dois elétrons, então devemos escolher s = +1/2 ou -1/2, o que for escolhido por convenção.