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Números quânticos são valores que descrevem a energia ou o estado energético do elétron de um átomo. Os números indicam rotação, energia, momento magnético e momento angular de um elétron. De acordo com a Universidade de Purdue, os números quânticos vêm do modelo de Bohr, da equação da onda Hw = Ew de Schrödinger, das regras de Hund e da teoria orbital de Hund-Mulliken. Para entender os números quânticos que descrevem os elétrons em um átomo, é útil conhecer os termos e princípios relacionados à física e à química.
Número quântico principal
Os elétrons giram em conchas atômicas chamadas orbitais. Caracterizado por "n", o número quântico principal identifica a distância do núcleo de um átomo a um elétron, o tamanho do momento orbital e do momento angular azimutal, que é o segundo número quântico representado por "ℓ". O número quântico principal também descreve a energia de um orbital, pois os elétrons estão em constante estado de movimento, têm cargas opostas e são atraídos para o núcleo. Orbitais onde n = 1 estão mais próximos do núcleo de um átomo do que aqueles em que n = 2 ou um número maior. Quando n = 1, um elétron está no estado fundamental. Quando n = 2, os orbitais estão em um estado excitado.
Número quântico angular
Representado por "ℓ", o número quântico angular ou azimutal identifica a forma de um orbital. Também informa em qual camada de invólucro atômico ou suborbital você encontra um elétron. A Universidade de Purdue diz que os orbitais podem ter formas esféricas onde ℓ = 0, formas polares onde ℓ = 1, formas polares onde ℓ = 1 e formas de trevo onde ℓ = 2. Uma forma de folha de trevo que possui uma pétala extra é definida por ℓ = 3. Orbitais podem ter formas mais complexas com pétalas adicionais. Os números quânticos angulares podem ter qualquer número inteiro entre 0 e n-1 para descrever a forma de um orbital. Quando existem sub orbitais, ou subcascas, uma letra representa cada tipo: “s” para ℓ = 0, “p” para ℓ = 1, “d” para ℓ = 2 e “f” para ℓ = 3. Os orbitais podem ter mais subcascas que resultam em um número quântico angular maior. Quanto maior o valor da sub-concha, mais energizada ela é. Quando ℓ = 1 en = 2, a subcama é 2p, pois o número 2 representa o número quântico principal ep representa a subcama.
Número Quântico Magnético
O número quântico magnético, ou "m", descreve a orientação de um orbital com base em sua forma (ℓ) e energia (n). Nas equações, você verá o número quântico magnético caracterizado pela letra minúscula M com um subscrito ℓ, m_ {ℓ}, que informa a orientação dos orbitais dentro de um subnível. A Universidade Purdue afirma que você precisa do número quântico magnético para qualquer forma que não seja uma esfera, onde ℓ = 0, porque as esferas têm apenas uma orientação. Por outro lado, as "pétalas" de um orbital com formato de folha de trevo ou polar podem enfrentar direções diferentes, e o número quântico magnético indica para que lado eles estão. Em vez de ter números inteiros positivos consecutivos, um número quântico magnético pode ter valores integrais de -2, -1, 0, +1 ou +2. Esses valores dividem subcascas em orbitais individuais que carregam os elétrons. Além disso, cada subcama tem 2ℓ + 1 orbitais. Portanto, a subcasca s, que é igual ao número quântico angular 0, tem um orbital: (2x0) + 1 = 1. A sub-concha d, que é igual ao número quântico angular 2, teria cinco orbitais: (2x2) + 1 = 5.
Spin Quantum Number
O Princípio de Exclusão de Pauli diz que dois elétrons não podem ter os mesmos valores de n, ℓ, m ou s. Portanto, apenas um máximo de dois elétrons podem estar no mesmo orbital. Quando existem dois elétrons no mesmo orbital, eles devem girar em direções opostas, pois criam um campo magnético. O número quântico de spin, ou s, é a direção em que um elétron gira. Em uma equação, você pode ver esse número representado por um minúsculo e uma letra minúscula subscrita s, ou m_ {s}. Como um elétron só pode girar em uma das duas direções - no sentido horário ou anti-horário - os números que representam s são +1/2 ou -1/2. Os cientistas podem se referir à rotação como "para cima" quando estiver no sentido anti-horário, o que significa que o número quântico da rotação é +1/2. Quando o giro é "baixo", ele tem um valor de m_ {s} de -1/2.