Orbitale atomico

In base al principio di indeterminazione di Heisenberg, se si conosce la posizione di un elettrone con una precisione Δx, esiste un limite alla precisione Δv con cui si può misurare la sua velocità, e viceversa.

Per questo motivo la posizione di un elettrone può solo essere definita attraverso il valore della probabilità di trovarlo in un certo luogo; questo valore può essere ottenuto calcolando la sua funzione d'onda (risolvendo la complessa equazione di Schrodinger) che, elevata al quadrato, fornisce la densità di probabilità cercata.

Se la posizione di un elettrone intorno al nucleo non può essere calcolata con precisione, non è più possibile definire la sua traiettoria, ma solo la zona di spazio entro la quale lo si può trovare, con maggiore o minore probabilità: perciò non è più possibile parlare di orbita, ma di orbitale.

Gli elettroni, dunque, si dispongono intorno al nucleo su orbitali di forma e orientamento diversi, in base a grandezze fisiche come l'energia o lo spin cui corrispondono determinati numeri quantici.

Nube di probabilità e orbitale atomico

Nube di probabilità e orbitale atomico.

Numeri quantici

Il numero quantico principale n indica il livello di energia dell'elettrone, e può valere da 1 a 7. Gli stati con n = 0, 1, 2, 3..., possono essere anche indicati con le lettere K, L, M, N...

Il numero quantico secondario I è legato alla forma dell'orbitale. Per motivi storici, secondo la notazione spettrografica agli stati con I = 1, 2, 3,... corrispondono le lettere s, p, d, f,...

Per esempio, l'orbitale s è sferico e il raggio della sfera aumenta all'aumentare del livello energetico; i 3 orbitali p hanno la forma di due doppi lobi uniti per la parte più stretta e orientati lungo tre assi ortogonali in base al valore del numero quantico magnetico m.

Orbitali atomici di tipo s e di tipo p

Rappresentazione di un orbitale s (in rosso) e dei tre orbitali p.

Esiste infine il numero quantico di spin s che indica il senso di rotazione dell'elettrone intorno al proprio asse e può solo avere i due valori ±½.

Il principio di esclusione di Pauli dice che due elettroni possono stare in uno stesso orbitale solo se hanno spin opposti.

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