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Per ORBITALE ATOMICO si intende: ” Una regione o spazio (chiaramente, attorno al nucleo di un atomo) in cui esiste un’alta probabilità di trovare un elettrone“.
Perché si parla di probabilità? Perché, per il principio di indeterminazione di Heisenberg, è impossibile determinare sia l’esatta posizione che energia dell’elettrone; pertanto, quando scriviamo la configurazione elettronica di un elemento chimico (la disposizione di elettroni al suo interno), ci riferiamo sempre a valori probabilistici.
L’orbitale atomico è descritto da 4 numeri, detti “numeri quantici” e definiti da Schroedinger. I numeri quantici descrivono le caratteristiche di un orbitale e degli elettroni sopra posizionati.
N.B. Il termine “quantico” deriva dalla parola “quanto” (o “quantum” in latino), che si riferisce alla più piccola quantità di radiazione elettromagnetica possibile: il fotone. Il fotone o quanto di energia è l’energia (sotto forma di radiazione) espulsa dall’elettrone che, una volta eccitato, passa da uno stato energetico minore a uno maggiore. Con questo termine (fotone o quanto), si intende anche l’energia prodotta quando l’elettrone torna al suo stato energetico primitivo. Infatti, il fotone viene emesso sia nel passaggio dallo stato energetico A allo stato B, sia nel ritorno da B ad A. Bisogna infine ricordare che il fotone, come entità materiale, non esiste: non ha né massa né carica, ma rappresenta soltanto una certa quantità di energia.
Cosa significa quanto appena detto? Partiamo dal principio:
Un atomo è composto da particelle sub-atomiche che sono, secondo il modello dell’ ATOMO DI BOHR:
– protoni
– neutroni
– elettroni
Graficamente, l’atomo è formato da:
– un NUCLEO: al centro dell’atomo, composto dai protoni e dai neutroni (particelle dette per questo NUCLEONI)
– degli ORBITALI: traiettorie circolari su cui si trovano gli elettroni, che orbitano attorno al nucleo come la Terra attorno al Sole nel Sistema Solare.
In realtà, gli orbitali sono di per sé entità inesistenti (come i fotoni) proprio come i meridiani e i paralleli sulla carta geografica: rappresentano linee di riferimento convenzionali e nulla più. Ciò che esiste è invece l’elettrone che ruota attorno al nucleo, in un certo senso e descrivendo una certa traiettoria, che è rappresentata graficamente dall’orbitale, appunto.
Gli orbitali vengono rappresentati solitamente come cerchi concentrici sempre più grandi, il cui centro è identificato nel nucleo. Gli elettroni che occupano i “cerchi” più interni (e di raggio più piccolo, dunque) sono dotati di minore energia; ma questa energia aumenta man mano che gli elettroni vanno occupando gli orbitali più esterni (con raggio più grande). Elettroni posizionati sullo stesso orbitale hanno pertanto la stessa energia.
Quando un atomo viene investito di energia proveniente da una fonte esterna (es. calore, luce, radiazione, ecc.), l’elettrone presente sulla traiettoria di questa energia esterna la assorbe. Pertanto la sua energia interna aumenta (passa cioè ad uno stato “eccitato”), facendo sì che non possa più occupare l’orbitale che occupava originariamente, ma debba migrare verso un orbitale più esterno, dove gli elettroni possiedono il quantitativo di energia adesso acquisito. In questo passaggio, l’elettrone produce un FOTONE o QUANTO.
In seguito, a meno che non si continui a fornire sempre energia dall’esterno, questa nuova energia acquisita viene dissipata, in modo da far tornare la particella allo stato originario, cioè all’orbitale di provenienza. Anche in questo passaggio viene prodotto un FOTONE.
Detto ciò, vediamo più in dettaglio che cosa sono i NUMERI QUANTICI, che furono, come già detto, definiti da Schroedinger.
I numeri quantici sono 4 in tutto:
– 3 descrivono gli orbitali atomici: numeri quantici n, l, m
– 1 descrive gli elettroni presenti sugli orbitali atomici: numero quantico ms
1) Numero quantico principale (n)
Rappresenta l’energia dell’elettrone che occupa l’orbitale atomico, ossia il contenuto energetico dell’orbitale.
Abbiamo detto che elettroni con minore energia occupano orbitali più interni (cioè più vicini al nucleo) mentre quelli con energia superiore quelli più esterni. Dunque, maggiore è n, più grande ed esterno è l’orbitale, perché ha una maggiore energia.
n può avere solo valori numerici INTERI e POSITIVI che vanno da 1 a 7. Ovviamente, non può mai essere 0.
2) Numero quantico secondario (l)
Descrive:
– la forma degli orbitali
– il numero di elettroni presenti al loro interno
l assume tutti i valori compresi tra 0 e n-1.
In base a quanto appena detto:
Se n =1 l può essere solo 0.
Se n =2 l ha valore 0 e 1 (perché il suo valore va da 0 a n-1)
Se n =3 l ha valore 0, 1, 2 (perché il suo valore va da 0 a n-1)
E così via.
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