Volume 1

7 MODULO B 3. Livelli di energia, orbitali, numeri quantici U. 3 - La struttura atomica L elettrone nell atomo di idrogeno può essere descritto da tre numeri quantici, i cui simboli sono n, l e ml (Schroedinger). Occorrono tre numeri quantici perché sono tre le coordinate necessarie per descrivere il moto dell elettrone. Più avanti vedremo che serve un quarto numero quantico per descrivere completamente le caratteristiche dell elettrone. Il quarto numero quantico viene indicato con il simbolo ms. Così ogni elettrone di un atomo è rappresentato da una serie di quattro numeri quantici. Ora prendiamo in esame i singoli numeri quantici. Livelli energetici principali 1. Primo numero quantico n Il primo numero quantico viene definito anche numero quantico principale, è indicato con il simbolo n e ha un ruolo importante nel determinare l energia di un elettrone. Se n aumenta si ha un parallelo aumento dell energia dell elettrone. Gli elettroni con valori più alti di n sono i più lontani dal nucleo. Il numero quantico n può assumere solo valori interi: n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 (Fig. 3.11). Questi numeri interi, in un atomo, rappresentano i livelli energetici principali; quindi un elettrone con n = 1, si trova nel primo livello energetico; se n = 2 sarà nel secondo livello e così via. 2. Secondo numero quantico l, sottolivelli (s, p, d, f) Ogni livello energetico principale contiene uno o più sottolivelli (Fig. 3.12). I sottolivelli sono rappresentati dal secondo numero quantico, che viene indicato con la lettera l; come vedremo più avanti, la forma del sottolivello, cioè l orbitale (lo spazio descritto dal moto dell elettrone) dipende dal valore di l. Tra i numeri quantici n e l c è la seguente relazione: noto il valore di n, è possibile prevedere tutti i valori di l. Il numero quantico l può assumere ogni valore intero da 0 (zero) ad un valore massimo corrispondente a n 1; quindi l = 0, 1, 2, (n 1). Questo vuol dire che per: n = 1 c è un solo valore di l, cioè 0; pertanto nel primo livello esiste un solo sottolivello con il valore di l = 0 n = 2 sono possibili due valori di l, 0 e 1; pertanto nel secondo livello ci sono due sottolivelli l = 0 e l = 1 n=3 l = 0, 1, 2 tre sottolivelli n=4 l = 0, 1, 2, 3 quattro sottolivelli quindi, nell ennesimo livello principale ci sono n differenti sottolivelli. Per indicare i sottolivelli è possibile usare al posto del numero quantico l, le lettere s, p, d, f: numero quantico l 0 1 2 3 tipo di sottolivello s p d f In generale un sottolivello si indica con un numero che rappresenta il livello principale seguito da una lettera. Così si parla di un sottolivello 1 s, dove n = 1 indica il livello principale, mentre la lettera s indica il tipo di sottolivello, cioè il secondo numero quantico l = 0. Orbitali - Sottolivelli dei primi quattro livelli principali n l sottolivello 1 0 1s 2 0 2s 1 2p 3 0 1 2 3s 3p 3d 0 4s 4 1 2 4p 4d 3 4f Tabella 3.1. Sottolivelli dei primi quattro livelli principali. 61