Números quânticos: o que são, tipos e exercícios!

Neste artigo, você vai entender o conceito de números quânticos. Ao contrário do que se pode pensar, não é preciso entender de Física avançada para compreender esses números, ainda que recebam a denominação “quântica”. Aqui você aprenderá a:

  • conceituar o que são os números quânticos;
  • distinguir os subgêneros dessas partículas;
  • resolver questões sobre o assunto, no fim do texto.

Este é um conteúdo importante para a disciplina de Química, especificamente no campo da atomística. Aprender sobre ele certamente ajudará a resolver as questões dessa matéria nos vestibulares em geral, assim como no Enem. Vamos lá?

O que são números quânticos?

O físico Schrödinger, conhecido por seu célebre experimento quântico com o gato, foi o responsável pela inauguração dessa teoria. Esse é um experimento imaginário, que supõe a instabilidade de uma informação ao trancar um felino dentro de uma jaula junto a uma máquina de inocular veneno, que pode ou não ser acionada a depender do acaso.

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Segundo a proposição quântica, é como se aquele animal estivesse hipoteticamente vivo e morto ao mesmo tempo.

Schrödinger definiu os números quânticos como partículas muito pequenas que obedecem às leis da Mecânica Quântica e são divididas em camadas a partir dessas regras.

Tipos de números quânticos

Número quântico principal

O número quântico principal é caracterizado pela letra n. É uma das camadas mais importantes, pois determina o nível energético de cada elemento, o que pode ser localizado pela Tabela Periódica. Assemelha-se ao que foi proposto por Niels Böhr, cientista responsável pelo modelo atômico mais aceito e propagado.

Os níveis de energia variam entre o valor de um até o sétimo nível, sendo que a menor quantidade possível é a que está mais próxima do átomo, assim como o que recebe o valor de n = 7 é o que está mais distante do núcleo.

Número quântico secundário

Simbolizado pela letra l, o segundo nível quântico estabelece o subnível de energia de determinado átomo. Funciona como o primeiro, mas em um nível menor de escalamento. De acordo com os princípios da Mecânica Quântica, o valor que corresponde a l pode ser obtido com a simples fórmula: l = n -1.

Os subníveis de energias também podem ser divididos entre dois tipos: conhecidos e teóricos. Os níveis conhecidos são representados pelas letras: s, p, d e f. O restante deles não foi verificado experimentalmente, mas ainda assim a hipótese de sua existência faz sentido do ponto de vista teórico. Eles podem variar desde o primeiro nível até o infinito.

Número quântico magnético

No caso do terceiro número quântico, o magnético, estamos nos referindo à quantidade de orbitais que estão presentes em cada subnível do átomo; aqui podemos perceber que os números quânticos são ordenados de acordo também com um tamanho de grandeza.

O símbolo que representa esse número é a letra m. A fórmula para descobrir seu valor é similar à do número quântico secundário, mas aceita também o correspondente inverso, o valor positivo da prévia equação. Essa fórmula é escrita da seguinte forma: m = ± l. Ou seja, se você souber o valor de l, basta assumir que a quantia de m será a mesma, mas com variação de um para cima ou para baixo.

Número quântico de spin

Por fim, o último número quântico conhecido é denominado de spin. Essa é uma palavra de língua inglesa, que poderia ser traduzida como o verbo de ação: rotacionar. No sentido prático, ele conjectura qual é a direção do movimento rotacional desses elétrons.

Existem algumas regras para determinar como funcionam as rotações. É provado que há uma tendência nos átomos em se estabilizarem de maneira a deixar o maior número de elétrons livres possíveis. Os spins de posições diferentes são inerentes a qualquer elemento, sendo também que cada orbital pode ser ocupado apenas por dois elétrons.

microscópio

Números quânticos: exercícios

É importante verificar, na prática, se você entendeu o que explicamos até aqui. Faça os exercícios e, no fim do post, estão as respostas para você conferir!

1. (Stoodi) O número quântico secundário (l) indica o tipo de orbital, podendo ser s (sharp), p (principal), d (diffuse) e f (fundamental). Para um valor de n = 4, quantos são os tipos de orbitais associados?

a. 4.

b. 2.

c. 3.

d. 5.

e. 7.

2. (Stoodi) O número quântico magnético (m ou ml) indica a orientação dos orbitais no espaço e assume valores que vão de –laté +l.

Considerando um valor del= 3, quantos orbitais são possíveis?

a. 1.

b. 5.

c. 3.

d. 4.

e. 7.

3. (Espcex – Aman 2011) Considere três átomos cujos símbolos são M, X e Z, e que estão nos seus estados fundamentais. Os átomos M e Z são isótopos, isto é, pertencem ao mesmo elemento químico; os átomos X e Z são isóbaros e os átomos M e X são isótonos. Sabendo que o átomo M tem 23 prótons e número de massa 45 e que o átomo Z tem 20 nêutrons, então os números quânticos do elétron mais energético do átomo X são:

Observação: Adote a convenção de que o primeiro elétron a ocupar um orbital possui o número quântico de spin igual a -1/2.

a. n = 3; I = 0; m = 2; s = -1/2.

b. n=3; I=2; m=0; s=-1/2.

c. n = 3 ; I = 2; m = -2; s = -1/2.

d. n = 3; I = 2; m = -2; s = 1/2.

e. n = 4; I = 1; m = 0; s = -1/2.

4. (Stoodi) O diagrama de Linus Pauling, também conhecido como diagrama das diagonais, é utilizado para determinar a ordem crescente de energia dos elétrons nos subníveis. Neste diagrama estão associados:

a. Camadas eletrônicas e número de elétrons, apenas.

b. Camadas eletrônicas e subníveis de energia, apenas.

c. Níveis e subníveis de energia, camadas eletrônicas e números máximos de elétrons.

d. Níveis e camadas de energia, apenas.

Vamos retomar o que vimos até aqui? Os números quânticos são subdivisões do modelo atômico, sendo uma das propostas mais aceitas atualmente nos estudos sobre atomística.

Ao contrário do que pode parecer, o termo quântico não implica complicação conceitual. Na verdade, ele tem a ver com o tamanho do nível atômico a que se refere, além de uma ambiguidade numérica que pode ser facilmente compreendida em termos matemáticos.

Além disso, vale retomar a tipificação desses números. Eles podem ser divididos em quatro tipos, que variam em ordem de grandeza entre si. O primeiro deles explica o nível de energia do átomo, enquanto o último já representa a direção da rotatividade de cada elétron.

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Gabarito

1. a; 2. e; 3. c; 4. c.

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