Numeri quantici e orbitali atomici

Il numero quantico principale (n) è il primo e più importante numero quantico. Esso:

• Definisce l'energia dell'elettrone e la sua distanza media dal nucleo
• Può assumere solo valori interi positivi (1, 2, 3, ...)
• Determina il numero di orbitali ad un certo livello energetico (n²)

Esempio: Lo stato a più bassa energia ha n=1

Il numero quantico secondario (l):

• Determina le caratteristiche geometriche della distribuzione di probabilità dell'elettrone
• Può assumere valori interi da 0 a n-1
• Definisce il sottolivello energetico dell'orbitale

Vocabolario: I valori di l sono comunemente indicati con lettere (s, p, d, f) invece che con numeri

Il numero quantico magnetico (m):

• Determina le proprietà dell'atomo quando è sottoposto a un campo magnetico esterno
• Può assumere valori interi compresi tra -l e +l, incluso lo 0

Highlight: Il numero quantico magnetico è fondamentale per comprendere il comportamento degli atomi in presenza di campi magnetici

Numeri quantici e configurazione elettronica

Una tabella esplicativa mostra la relazione tra i numeri quantici n, l e m e il tipo di orbitale corrispondente. Ad esempio:

• Per n=1, l=0, m=0 si ha l'orbitale 1s
• Per n=2, l=1, m=-1,0,+1 si hanno i tre orbitali 2p

Il numero quantico di spin (ms):

• Non deriva dall'equazione di Schrödinger
• Può assumere solo due valori: +1/2 o -1/2
• Descrive il momento angolare intrinseco dell'elettrone

Definizione: Lo spin è una proprietà intrinseca dell'elettrone che si manifesta quando è sottoposto a un campo magnetico esterno disomogeneo, assumendo due diversi stati energetici.

Vocabolario: Il termine "spin" in inglese significa "trottola", riferendosi al movimento rotatorio dell'elettrone

Orbitali atomici e configurazione elettronica

Gli orbitali atomici hanno forme caratteristiche:

• Gli orbitali s sono sferici
• Gli orbitali p hanno forma a "manubrio"
• Gli orbitali d hanno forme più complesse

La configurazione elettronica di un atomo descrive la distribuzione degli elettroni negli orbitali. Essa segue alcune regole:

1. Il principio di Aufbau: gli elettroni occupano gli orbitali in ordine crescente di energia
2. Il principio di esclusione di Pauli: ogni orbitale può contenere al massimo due elettroni con spin opposti
3. La regola di Hund: gli elettroni tendono a occupare orbitali degeneri con lo stesso spin prima di accoppiarsi

Esempio: La configurazione elettronica dell'ossigeno (Z=8) è 1s² 2s² 2p⁴