¿Qué son los números cuánticos?

En el modelo teórico predominante del átomo, hay cuatro números cuánticos que describen el comportamiento de los electrones. Estos incluyen los números cuánticos principales, azimutales, magnéticos y espín. Juntos, estos cuatro números dan el estado cuántico de un electrón. Un estado cuántico es el conjunto de información matemática requerida para describir completamente un cierto sistema de materia y energía, como un átomo. No hay dos electrones que puedan compartir los mismos cuatro números cuánticos, de acuerdo con el principio de exclusión de Pauli de la mecánica cuántica.

El primero de los números cuánticos se llama el número cuántico principal. Este número, que puede ser cualquier número entero positivo que comience con 1, se refiere a la distancia de la órbita de un electrón desde el núcleo atómico. Sin embargo, a diferencia de las órbitas planetarias, los electrones no pueden orbitar libremente a ninguna distancia. Por el contrario, se limitan a orbitar a niveles de energía discretos, o cuantos, un principio central de la mecánica cuántica. Similar a las órbitas planetarias, por otro lado, los electrones que orbitan más lejos del núcleo poseen una mayor energía cinética.

El número cuántico azimutal significa el momento angular del orbital atómico de un electrón. Este número dice algo sobre la forma de la órbita de un electrón alrededor del núcleo. Los electrones pueden orbitar en enjambres más o menos esféricos alrededor del núcleo, o pueden exhibir un comportamiento más complicado. Sin embargo, la idea de un electrón como una partícula sólida que orbita el núcleo no es correcta. El principio de incertidumbre de la mecánica cuántica establece que la posición de un electrón es fundamentalmente una cuestión de probabilidad.

Basándose en los otros números cuánticos, el número cuántico magnético dice algo sobre la orientación del orbital de un electrón en el espacio. Esta propiedad se descubrió por primera vez cuando los científicos expusieron gases a campos magnéticos y luego observaron la forma en que interactúan con la luz. El número cuántico magnético también está relacionado con los niveles de energía de un orbital atómico.

Finalmente, el número cuántico de espín especifica uno de los dos estados de espín de un electrón. Mientras que los números cuánticos principales y azimutales distinguen entre diferentes posiciones orbitales de un electrón, el número cuántico de espín puede distinguir entre dos electrones en un estado cuántico idéntico. Si dos electrones en el mismo átomo tienen los mismos tres números cuánticos anteriores, sus números cuánticos de espín deben ser diferentes. El giro electrónico no es exactamente el mismo sentido de "giro" que comúnmente se piensa, pero es un grado de libertad para un electrón. Puede tomar uno de dos valores posibles: -1/2 o +1/2.