Lectura Control1 Quimica

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Teoría cuántica y la estructura electrónica de los átomos

A pesar de que el átomo de helio tiene sólo dos electrones, en mecánica cuántica
se considera como un átomo polielectrónicD.

electrón! Por suerte, los químicos y los físicos han aprendido a superar esta dificultad con
métodos de aproximación. Por ejemplo, aunque el comportamiento de los electrones enlos
áto~nos polielectrónicos (es decir, átomos ,que tienen dos o más electrones) no es igual como en el simple átomo de hidrógeno, se supone que la diferencia no es muy grande. De esta manera, las energías y las fun~iones ondulatorias que describen el comportamiento del
átomo de hidrógeno son una buena aproximación del comportamiento de los electrones en
los átomos más complejos. Sin duda, con esteenfoque es posible hacer una descripción fiable del comportamiento de los electrones en los átomos polielectrónicos.

7.6 Números cuánticos
Para describir la distribución de los electrones en el hidrógeno y otros átomos, la mecánica cuántica precisa de tres números cuánticos. Estos números se derivan de la solución matemática de la ecuación de Schrodinger para el átomo de hidrógeno y son: elnúmero
cuántico principal, el número cuántico del momento angular y el número cuántico magnético. Estos números se utilizan para describir los orbitales atómicos e identificar a los electrones que están dentro. El número cuántico de espín es un cuarto número cuántico que
describe el comportamiento de determinado electrón y completa la descripción de los elecu"ones en los átomos.
/ .'"

El número cuánticoprincipal (n)
La ecuación (7.5) se aplica sólo para el
átomo de hidrógeno.

El número cuántico principal (n) puede tomar valores enteros de 1, 2, 3, etc. , y corresponde al número cuántico en la ecuación (7 .5). En el átomo de hidrógeno, el valor de n define
la energía de un orbital. Sin embargo, esto no se aplica para átomos polielectrónicos, como
se verá en breve. El número cuántico principaltambién se relaciona con la distancia promedio del elecu"ón al núcleo en determinado orbital. Cuanto más grande es el valor de n , mayor es la distancia entre un electrón en el orbital respecto del núcleo y, en consecuencia, el
orbital es más grande.

El número cuántico del momento angular (f)
El número cuántico del momento angular (e) expresa la "forma" de los orbitales (véase la
sección 7.7). Losvalores de e dependen del valor del número cuántico principal, n. Para
cierto valor de n, e tiene todos los valores enteros posibles desde hasta (n - 1). Para n = 1,
Si n = 2, puede tesólo existe un posible valor de es decir, = n - 1 = 1 - 1 =
ner dos valores: y 1. Si n = 3, puede tener tres valores: 0, 1 Y 2. El valor de se designa con las letras s, p, d, ... de la siguiente forma:

°

e;

e

oNombre edel orbital

I

s

°

e

p

°.

e
e

2

3

4

5

d

f

g

h

Por lo tanto, si e = 0, tenemos un orbital s, si e = 1, tenemos un orbital p , y así sucesivamente.
La secuencia especial de letras (s , p y d) tiene origen ,histórico. Los físicos que estudiaron los espectros de emisión atómica intentaban relacionar las líneas espectrales detectadas
con los estados de energía asociados a lastransiciones. Observaron que algunas líneas eran
finas (sharp, en inglés) , otras eran más bien difusas , y algunas eran muy intensas y se referían a ellas como principales. Por esta razón, asignaron las letras iniciales del adjetivo que
calificaba a cada línea con dichos estados de energía. Sin embargo, después de la letra d, el
orbital se designa siguiendo un orden alfabético, comenzando con laletraf (para el estado
fundamental) .
El conjunto de orbitales que tienen el mismo valor de n se conoce comúnmente como
nivelo capa. Los orbitales que tienen los mismos valores de 11 y e, se conocen como subni-

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7.6 Números cuánticos

e

velo subcapa. Por ejemplo, el nivel con n = 2 está formado de dos subniveles, = o, y ·1
(los valores permitidos para n = 2)....