Nombres Quàntics i Propietats Atòmiques: Guia Completa

Nombres Quàntics: Definició i Significat

Els nombres quàntics són un conjunt de valors numèrics que descriuen l'estat energètic d'un electró en un àtom, incloent la seva posició i les seves propietats. Són fonamentals per entendre la configuració electrònica i el comportament dels electrons.

Nombre Quàntic Magnètic (m_l)

El nombre quàntic magnètic (m_l) indica les possibles orientacions en l'espai que pot adoptar l'orbital de l'electró quan aquest és sotmès a un camp magnètic extern (efecte Zeeman).

L'efecte Zeeman es deu al fet que qualsevol càrrega elèctrica en moviment genera un camp magnètic. Així, l'electró crea el seu propi camp magnètic i es veurà afectat per la influència d'un camp magnètic extern. Els valors permesos per a m_l són:

• -l, ..., 0, ..., +l

Exemple: Si el nombre quàntic secundari és 2 (l=2), els valors per a m_l seran: -2, -1, 0, +1, +2.

Nombre Quàntic de Spin (s)

El nombre quàntic de spin (s) indica el sentit de gir de l'electró al voltant del seu propi eix. Pot tenir només 2 valors:

• +1/2
• -1/2

Configuració Electrònica: Principis Fonamentals

La configuració electrònica és la forma de distribuir els electrons d'un àtom en els diferents nivells, subnivells i orbitals. Per entendre aquest concepte, hem d'aplicar tres principis importants:

Principi d'Exclusió de Pauli

El Principi d'Exclusió de Pauli estableix que dos electrons del mateix àtom no poden tenir els mateixos quatre nombres quàntics (n, l, m_l, s). Per tant, un orbital no pot contenir més de dos electrons, i aquests han de tenir espins oposats.

Regla de Hund

La Regla de Hund indica que, a l'hora d'omplir orbitals degenerats (amb la mateixa energia), els electrons es col·loquen desaparellats al màxim, és a dir, amb els espins paral·lels, abans d'aparellar-se.

Conclusió sobre Nombres Quàntics i Orbitals

1. Els nombres quàntics que defineixen un orbital són (n, l, m_l).

   Exemple: Els orbitals 3p es representarien per (3, 1, -1), (3, 1, 0), (3, 1, 1).

2. Els nombres quàntics que defineixen un electró són (n, l, m_l, s).

   Exemple: Els nombres quàntics de l'electró diferenciador, és a dir, de l'últim electró col·locat al 3p⁵, serien (3, 1, 0, -1/2).

Radi Atòmic: Tendències en la Taula Periòdica

El radi atòmic es considera la distància entre el nucli i la capa més externa o de valència d'un àtom, assumint una forma esfèrica. Analitzem com varia en un grup i en un període de la taula periòdica:

Variació del Radi Atòmic en un Grup

• En un grup (columna vertical), el radi atòmic augmenta amb el nombre atòmic (Z). Això es deu a l'augment del nombre de nivells electrònics, és a dir, del nombre de capes electròniques. En altres paraules, el radi augmenta a mesura que baixem en un grup.

Variació del Radi Atòmic en un Període

• En un període (fila horitzontal), en augmentar el nombre atòmic (Z), augmenta el nombre de protons i d'electrons. No obstant això, el radi disminueix a causa de l'atracció més forta que exerceix el nucli sobre els electrons dels orbitals més externs. Aquesta atracció es defineix per la Llei de Coulomb, on "q" representa la càrrega; per tant, en augmentar la càrrega nuclear, augmenta la força d'atracció i el radi disminueix.

Radi Iònic: Cations i Anions

El radi iònic és el radi dels àtoms que han guanyat o perdut electrons, és a dir, dels ions.

Radi dels Cations

• El radi dels cations (ions positius) serà menor que el de l'àtom neutre corresponent. Això es deu al fet que, en perdre electrons, augmenta la càrrega nuclear efectiva (hi ha més protons que electrons per a la mateixa càrrega nuclear) i, a més, sovint es perden capes electròniques completes, resultant en una grandària menor.

Radi dels Anions

• El radi dels anions (ions negatius) serà major que el de l'àtom neutre corresponent. Això es produeix perquè l'augment d'electrons incrementa la repulsió entre ells, provocant una expansió de la "núvol" electrònic. A més, en alguns casos, pot augmentar el nombre de capes electròniques, i per tant, la grandària.