Número cuántico

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Los números cuánticos describen los valores de las variables dinámicas que se conservan en los sistemas cuánticos. Corresponden por tanto con aquellos observables que conmutan con el Hamiltoniano del sistema. Así, los números cuánticos permiten caracterizar los estados estacionarios, es decir los estados propios del Hamiltoniano.

Los números cuánticos son valores numéricos que nos indican las características de los electrones de los átomos, esto está basado en la teoría atómica de Neils Bohr que es el modelo atómico más aceptado y utilizado en los últimos tiempos por su simplicidad.

Ejemplo: Átomos hidrogenoides

Muy especialmente, se refiere a los números que caracterizan los estados propios estacionarios de un electrón de un átomo hidrogenoide. Estos números cuánticos son:

I) El número cuántico principal (n), indica el nivel de energía en el que se halla el electrón. Esto determina el tamaño del orbital. Toma valores enteros: 1,2,3,...,∞. Se relaciona con la distancia promedio del electrón al núcleo del orbital.

II) El número cuántico del momento angular (l), indica la forma de los orbitales y el subnivel de energía en el que se encuentra el electrón, ("l = 0,1,2,3,4,5,...,n-1)."

Si:

l = 0: Subórbita "s" ("forma circular") →s proviene de sharp (agudo) (*)

l = 1: Subórbita "p" ("forma semicircular achatada") →p proviene de principal (*)

l = 2: Subórbita "d" ("forma lobular, con anillo nodal") →d proviene de difuse (difuso) (*)

l = 3: Subórbita "f" ("lobulares con nodos radiales") →f proviene de fundamental (*)

l = 4: Subórbita "g" (*)

l = 5: Subórbita "h" (*)

(*)Para obtener mayor información sobre los orbitales vea el articulo Orbital

III) El número cuántico magnético (m), Indica la orientación espacial del subnivel de energía, "(m = -l,...,0,...,l)". Para cada valor de l hay 2l+1 valores de m

IV) El número cuántico de spín (s), indica el sentido de giro del campo magnético que produce el electrón al girar sobre su eje. Toma valores 1/2 y -1/2.

Con cada una de las capas del modelo atómico de Bohr correspondía a un valor diferente del número cuántico principal. Más tarde se introdujeron los otros números cuánticos y Wolfgang Pauli, otro de los principales contribuidores de la teoría cuántica, formuló el celebrado principio de exclusión basado en los números cuánticos, según el cual en un átomo no puede haber dos electrones cuyos números cuánticos sean todos iguales. Este principio justificaba la forma de llenarse las capas de átomos cada vez más pesados, y daba cuenta de porqué la materia ocupa lugar en el espacio.

Desde un punto de vista mecano-cuántico, los números cuánticos caracterizan las soluciones estacionarias de la Ecuación de Schrödinger.

No es posible saber la posicion y la velocidad exactas de un electrón en un momento determinado, sin embargo, es posible describir donde se encuentra. Esto se denomina principio de incertidumbre o de Heisenberg. La zona que puede ocupar un electrón dentro de un átomo se llama orbital atómico. Existen varios orbitales distintos en cada átomo, cada uno de los cuales tiene un tamaño, forma y nivel de energía específico. Puede contener hasta dos electrones que, a su vez, tienen números cuánticos de espin opuestos.