O que são os números quânticos? Explique cada um deles de forma detalhada.
Passo 1
O enunciado pede para entendermos o que são os chamados números quânticos na descrição atômica de elétrons. O conteúdo envolve a teoria de orbitais eletrônicos em mecânica quântica e a forma como cada elétron em um átomo é caracterizado por quatro números quânticos. Para resolver, vamos definir cada número quântico, mostrar seus valores permitidos e interpretar fisicamente o que cada um representa.
Passo 2
Definimos o número quântico principal
. Ele indica o nível de energia e, grosso modo, o tamanho do orbital onde o elétron se encontra. Os valores permitidos são inteiros positivos:
Quanto maior
, maior a distância média do elétron em relação ao núcleo e maior a energia do orbital.
Passo 3
O número quântico azimutal (ou de momento angular orbital)
determina a forma do orbital. Para um dado
, seus valores inteiros vão de
Cada valor de
corresponde a uma subcamada com letras convencionais:
subnível
,
subnível
,
subnível
,
subnível
, e assim por diante.
Passo 4
O número quântico magnético
especifica a orientação espacial do orbital dentro de um mesmo subnível
. Seus valores inteiros variam de
Por exemplo, para
(subnível
), temos
, ou seja, três orientações espaciais dos orbitais
.
Passo 5
O número quântico de spin
descreve o momento angular intrínseco (spin) do elétron, que só pode assumir dois valores:
Fisicamente, isso corresponde às duas orientações possíveis do “giro” do elétron em torno de si mesmo, frequentemente chamadas de “spin para cima” e “spin para baixo”.
Passo 6
Em conjunto, os quatro números quânticos
satisfazem o Princípio da Exclusão de Pauli: não existem dois elétrons num átomo com o mesmo conjunto de valores. Assim cada elétron ocupa um estado quântico único.
Resposta
O conjunto de números quânticos é:
– número quântico principal:
.
– número quântico azimutal:
.
– número quântico magnético:
.
– número quântico de spin:
ou
.