I numeri quantici sono valori che descrivono l'energia o lo stato energetico dell'elettrone di un atomo. I numeri indicano una rotazione dell'elettrone, energia, momento magnetico e momento angolare. Secondo la Purdue University, i numeri quantici provengono dal modello di Bohr, l'equazione delle onde Hw \u003d Ew di Schrödinger, le regole di Hund e la teoria orbitale di Hund-Mulliken. Per comprendere i numeri quantici che descrivono gli elettroni in un atomo, è utile avere familiarità con i termini e i principi relativi alla fisica e alla chimica.
Principali numeri quantici

Gli elettroni ruotano in gusci atomici chiamati orbitali. Caratterizzato da "n", il numero quantico principale identifica la distanza dal nucleo di un atomo a un elettrone, la dimensione del momento angolare orbitale e azimutale, che è il secondo numero quantico rappresentato da "ℓ". Il numero quantico principale descrive anche l'energia di un orbitale poiché gli elettroni sono in uno stato di movimento costante, hanno cariche opposte e sono attratti dal nucleo. Orbitali in cui n \u003d 1 sono più vicini al nucleo di un atomo rispetto a quelli in cui n \u003d 2 o un numero superiore. Quando n \u003d 1, un elettrone si trova in uno stato fondamentale. Quando n \u003d 2, gli orbitali sono in uno stato eccitato.
Numero quantico angolare

Rappresentato da "ℓ", il numero quantico angolare o azimutale identifica la forma di un orbitale. Ti dice anche in quale strato di shell suborbitale o atomico, puoi trovare un elettrone. Purdue University afferma che gli orbitali possono avere forme sferiche dove ℓ \u003d 0, forme polari dove ℓ \u003d 1 e forme a quadrifoglio dove ℓ \u003d 2. Una forma a quadrifoglio che ha un petalo in più è definita da ℓ \u003d 3. Gli orbitali possono avere forme più complesse con petali aggiuntivi. I numeri quantici angolari possono avere qualsiasi numero intero compreso tra 0 e n-1 per descrivere la forma di un orbitale. Quando ci sono sotto-orbitali o sotto-shell, una lettera rappresenta ogni tipo: “s” per ℓ \u003d 0, “p” per ℓ \u003d 1, “d” per ℓ \u003d 2 e “f” per ℓ \u003d 3. Gli orbitali possono avere più sotto-shell che danno come risultato un numero quantico angolare maggiore. Maggiore è il valore della sotto-shell, più è energizzato. Quando ℓ \u003d 1 e n \u003d 2, la sotto-shell è 2p poiché il numero 2 rappresenta il numero quantico principale e p rappresenta la sotto-shell.
Numero quantico magnetico

Il numero quantico magnetico, oppure "m" descrive l'orientamento di un orbitale in base alla sua forma (ℓ) e all'energia (n). Nelle equazioni, vedrai il numero quantico magnetico caratterizzato dalla lettera minuscola M con un pedice ℓ, m_ {ℓ}, che indica l'orientamento degli orbitali all'interno di un sotto-livello. La Purdue University afferma che è necessario il numero quantico magnetico per qualsiasi forma che non sia una sfera, dove ℓ \u003d 0, poiché le sfere hanno solo un orientamento. D'altra parte, i "petali" di un orbitale con un quadrifoglio o una forma polare possono affrontare direzioni diverse, e il numero quantico magnetico indica da che parte si trovano. Invece di avere numeri integrali positivi consecutivi, un numero quantico magnetico può avere valori integrali di -2, -1, 0, +1 o +2. Questi valori dividono i sub-shell in singoli orbitali che trasportano gli elettroni. Inoltre, ogni sotto-shell ha 2ℓ + 1 orbitali. Pertanto, la sotto-shell s, che equivale al numero quantico angolare 0, ha un orbitale: (2x0) + 1 \u003d 1. La sotto-shell d, che equivale al numero quantico angolare 2, avrebbe cinque orbitali: (2x2) + 1 \u003d 5.
Numero quantico di spin

Il principio di esclusione di Pauli dice che nessun due elettroni può avere il stessi n, ℓ, mo valori. Pertanto, solo un massimo di due elettroni possono trovarsi nello stesso orbitale. Quando ci sono due elettroni nello stesso orbitale, devono ruotare in direzioni opposte, in quanto creano un campo magnetico. Il numero quantico di spin, o s, è la direzione in cui gira un elettrone. In un'equazione, potresti vedere questo numero rappresentato da una m minuscola e da una lettera minuscola s, o m_ {s}. Poiché un elettrone può ruotare solo in una delle due direzioni - in senso orario o antiorario - i numeri che rappresentano s sono +1/2 o -1/2. Gli scienziati possono riferirsi allo spin come "su" quando è in senso antiorario, il che significa che il numero quantico di spin è +1/2. Quando lo spin è "giù", ha un valore m_ {s} di -1/2.