O que são números quânticos?
No modelo teórico predominante do átomo, existem quatro números quânticos que descrevem o comportamento dos elétrons. Estes incluem os números quântico principal, azimutal, magnético e quântico de spin. Juntos, esses quatro números dão o estado quântico de um elétron. Um estado quântico é o conjunto de informações matemáticas necessárias para descrever completamente um determinado sistema de matéria e energia, como um átomo. Dois elétrons não podem compartilhar os mesmos quatro números quânticos, de acordo com o princípio de exclusão de Pauli da mecânica quântica.
O primeiro dos números quânticos é chamado número quântico principal. Esse número, que pode ser qualquer número inteiro positivo começando com 1, refere-se à distância da órbita de um elétron ao núcleo atômico. Ao contrário das órbitas planetárias, no entanto, os elétrons não estão livres para orbitar a qualquer distância. Em vez disso, eles estão confinados à órbita em níveis discretos de energia, ou quanta - um princípio central da mecânica quântica. Similar às órbitas planetárias, por outro lado, os elétrons que orbitam mais longe do núcleo possuem maior energia cinética.
O número quântico azimutal significa o momento angular do orbital atômico de um elétron. Esse número diz algo sobre a forma da órbita de um elétron ao redor do núcleo. Os elétrons podem orbitar em enxames mais ou menos esféricos ao redor do núcleo, ou podem exibir um comportamento mais complicado. A idéia de um elétron como uma partícula sólida orbitando o núcleo, no entanto, não está correta. O princípio da incerteza da mecânica quântica afirma que a posição de um elétron é fundamentalmente uma questão de probabilidade.
Com base nos outros números quânticos, o número quântico magnético diz algo sobre a orientação do orbital de um elétron no espaço. Essa propriedade foi descoberta pela primeira vez quando os cientistas expuseram gases a campos magnéticos e depois observaram a maneira como interagiam com a luz. O número quântico magnético também está relacionado aos níveis de energia de um orbital atômico.
Finalmente, o número quântico de spin especifica um dos dois estados de spin de um elétron. Enquanto os números quânticos principal e azimutal distinguem entre diferentes posições orbitais de um elétron, o número quântico de spin pode distinguir entre dois elétrons em um estado quântico idêntico. Se dois elétrons no mesmo átomo têm os mesmos três números quânticos anteriores, seus números quânticos de spin devem ser diferentes. A rotação de elétrons não é exatamente o mesmo senso de "rotação" que é comumente pensado, mas é um grau de liberdade para um elétron. Pode assumir um dos dois valores possíveis: -1/2 ou +1/2.