Números cuánticos y su relación con la tabla periódica

En el mundo microscópico de los átomos, partículas nucleares y subnucleares, pueden ocurrir hechos que son impensables en el mundo macroscópico en el que recogemos toda nuestra experiencia. Por lo tanto, explicar este tipo de fenómenos es extremadamente difícil, ya que son hechos contrarios a nuestra intuición.

Las sustancias están formadas por distintos átomos o por distintas moléculas. Los electrones de cada átomo o molécula tienen niveles de energía definidos que son característicos de ese átomo o molécula. 

Por lo tanto, para poder explicar el comportamiento de dichas partículas, no solo basta considerar los principios de la mecánica clásica, sino más bien hablar en términos de la mecánica cuántica. Esta última, nos dice que una partícula se distribuye en el espacio y que existe una probabilidad de encontrarla en algún punto; mientras que la mecánica clásica nos dice que una partícula se mueve describiendo una trayectoria definida.

La base de la mecánica cuántica es el PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE, formulado por el físico alemán Werner Heisenberg. Según el principio de incertidumbre, no es posible determinar el valor preciso de la velocidad de una partícula y, simultáneamente el de su posición.

Una conclusión muy importante a la que se llega a partir del principio de incertidumbre es que cuanto más pequeño es el espacio en el que se confina una partícula, mayor es su energía. Esto es un hecho debido a que en el mundo de dimensiones muy pequeñas la energía aumenta de a saltos, llamados cuantos de energía y por lo tanto no hay valores intermedios de energía.

La mecánica cuántica permite construir una estructura para los átomos, ubicar en qué zonas del espacio es más probable encontrar los electrones de un átomo. 

La energía de un electrón en un átomo y la zona donde es más probable encontrarlo están relacionadas con el modelo que provee la Mecánica y es posible encontrar esta relación, que queda expresada en términos de 4 números llamados números cuánticos del electrón. 

Por lo tanto, para saber cuál es la estructura la estructura de un determinado átomo debemos conocer el valor que toman los números cuánticos para cada uno de los electrones.

Estos números cuánticos se representan mediante símbolos determinados y cada uno de ellos tiene un nombre propio y un significado. En la siguiente imagen se muestra esta información: 

Nombre del número cuántico	Símbolo	Significado
Numero cuántico principal	n	Nivel energético del orbital
Numero cuántico secundario o azimutal	l	Describe la forma geométrica del orbital
Numero cuántico magnético	m	Indica la orientación del orbital en el espacio
Numero cuántico de spin	s	Indica el giro del electrón sobre su propio eje

Valores que pueden tomar estos números cuánticos

Los números cuánticos no surgen de la observación, sino que constituyen representaciones matemáticas de dichos fenómenos. Estos números se originan a partir del desarrollo de las ecuaciones postuladas por el modelo atómico de la mecánica cuántica y esto lleva a que cada número cuántico tiene permitidos determinados valores y solo esos. La validación de estos números cuánticos se sustenta en que permiten explicar la estructura atómica y la Clasificación Periódica de los elementos de una manera muy satisfactoria. 

Número cuántico	Valores	Relación con la tabla periódica
Principal (n) Indica el nivel de energía del orbital	n= 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Todos los electrones de un átomo que poseen el mismo valor de n constituyen la capa de electrones.	El mayor valor de “n” indica a qué periodo de la tabla periódica pertenece el átomo.

Número cuántico	Valores	Relación con la tabla periódica
Secundario (l) Indica la forma del orbital	Para determinar el valor de “l” es necesario aplicar la siguiente formula l=n-1 Por lo tanto los valores para ”l” serán l= 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 por razones históricas a cada valor de l le corresponde una forma de orbital determinado, que se representa por una letra, quedando de la siguiente manera: l=0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 l=s, p, d, f	El valor del número cuántico secundario de un electrón indica en qué bloque de la tabla periódica estará el elemento.

Número cuántico	Valores	Relación con la tabla periódica
Magnético (m) Indica la orientación del orbital	Puede tomar valores entre - ℓ...0...+ℓ. Por lo tanto, su valor solo depende del número cuántico secundario Solo pueden tomar valores enteros que van desde –3 hasta +3, incluyendo el cero. Por ejemplo: si el valor de l=1, los valores que tomará m serán m= -1, 0, +1 Este número cuántico nos da indicios sobre cuantos orbitales contiene un átomo, quedando los valores como se muestran en la siguiente figura:	No tiene relación

Número cuántico	Valores	Relación con la tabla periódica
Spin (s) Indica el giro del electrón	Los valores de “s” sólo son dos: +1/2 y -1/2. Cada uno de estos valores indica el sentido de giro del electrón sobre su propio eje, como se muestra en la siguiente figura:	No tiene relación.