EL MODELO MECÁNICO CUÁNTICO DEL ÁTOMO

Aceptar la naturaleza dual de la materia y de la energía y el principio de incertidumbre llevó a crear el campo de la mecánica cuántica, que estudia el movimiento ondulatorio de los objetos a escala atómica. En 1926, Erwin Schrödinger propuso una ecuación que es la base del modelo mecánico – cuántico para el átomo de hidrógeno. El modelo describe un átomo que tiene ciertas cantidades de energía permitidas debido al movimiento ondulatorio permitido de un electrón, cuya localización exacta es imposible. El modelo mecánico cuántico del átomo.

El orbital atómico y la probable localización del electrón

De acuerdo al principio de incertidumbre, no es posible determinar una trayectoria definida para el electrón; por lo tanto se hace necesario definir una región espacial energética donde existe la mayor probabilidad de encontrar el electrón, llamado orbital o nube electrónica. Cada orbital puede contener un máximo de 2 electrones con spin o rotación (alrededor de su eje imaginario) opuestos.

Un orbital se puede definir como la función de onda (ψ) de un electrón. El cuadrado de la función de onda (ψ²), define la distribución de la densidad electrónica en el espacio alrededor del núcleo.

Cuando se dice que el electrón esta en cierto orbital, se quiere decir que la distribución de la densidad electrónica o la probabilidad de localizar al electrón en el espacio esta descrita por el cuadrado de la función de onda asociada con ese orbital. Un orbital atómico en consecuencia tiene una energía característica y cuantizada. Así por ejemplo, la densidad electrónica en el núcleo atómico es cero (ψ²= 0), significa que no existe ninguna probabilidad que un electrón se encuentre en el núcleo atómico.

El orbital es la región espacial energética de manifestación mas probable del electrón (REEMPE) , también se llama función de onda o nube electrónica

Ejemplo: En la figura vemos un orbital atómico que rodea a un núcleo atómico. 

Cuando se dice que un electrón  se encuentra con mayor probabilidad en el orbital, debe entenderse que el electrón pasa mayor tiempo en dicha región espacial-

Tipos de orbitales según el contenido electrónico:

 

donde la flechita hacia arriba representa a un electrón con spin o giro antihorario alrededor de su eje, y la flechita hacia abajo representa a un electrón con spin horario.

NÚMEROS CUÁNTICOS DE UN ORBITAL ATÓMICO

·         Primer número cuántico: Llamado principal, se representa por n, determina el volumen efectivo en el espacio dentro del cual se mueve el electrón, también determina el nivel de energía al cual pertenece el electrón, el tamaño del orbital y sus valores van de uno al infinito.

Para encontrar el número de electrones que puede contener un nivel de energía se utiliza la fórmula 2n², en la cual “n” es igual al nivel de energía.

La energía en los niveles aumenta a medida que se alejan del núcleo, por tanto el segundo nivel es más energético que el primero, el tercero más que el segundo y así sucesivamente.

Dentro de cada nivel de energía se encuentran los subniveles de energía s,p,d,f, llamados asi: s-sharp;              p-principal; d-difuso; f-fundamental.

Dentro de los subniveles se encuentran los orbitales con dos electrones cada uno como máximo.

 

·       Segundo número cuántico: Llamado azimutal, se representa por L. Determina la fórmula del orbital que ocupa el electrón. Los valores para L dependen de n y van de cero a n-1.

·   

Tercer número cuántico: Llamado magnético; se representa  por “m”. determina la orientación del electrón en el espacio con respecto al núcleo e indica que orbital particular ocupa el electrón en el subnivel de energía. La fórmula para encontrar el número de valores de “m” es: m=2L+1. Los valores de “m” están comprendidos en –L, 0, + L. 

·         Cuarto número cuántico: Llamado giro o spin. Se representa “s”. describe la orientación del electrón, es decir, que el electrón además del movimiento orbital tiene un movimiento de rotación sobre su eje, por lo tanto, sólo va a tener dos valores: +1/2 y -1/2.

 

Capas y Subcapas principales

Todos los orbitales con el mismo valor del número cuántico principal, n, se encuentran en la misma capa electrónica principal o nivel principal, y todos los orbitales con los mismos valores de n y l están en la misma subcapa o subnivel.

El número de subcapas en una capa principal es igual al número cuántico principal, esto es, hay una subcapa en la capa principal con n=1, dos subcapas en la capa principal con n=2, y así sucesivamente. El nombre dado a una subcapa, independientemente de la capa principal en la que se encuentre, esta determinado por el número cuántico l, de manera que como se ha indicado anteriormente: l=0 (subcapa s), l=1 (subcapa p), l=2 (subcapa d) y l=3 (subcapa f). El número de orbitales en una subcapa es igual al número de valores permitidos de m_l para un valor particular de l, por lo que el número de orbitales en una subcapa es 2l+1. Los nombres de los orbitales son los mismos que los de las subcapas en las que aparecen.

orbitales s	orbitales p	orbitales d	orbitales f
l=0	l=1	l=2	l=3
ml=0	ml=-1, 0, +1	ml=-2, -1, 0, +1, +2	ml=-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3
un orbital s en una subcapa s	tres orbitales p en una subcapa p	cinco orbitales d en una subcapa d	siete orbitales f en una subcapa f