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CAPITOLO 2 L’atomo
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Numeri quantici
Nel modello quanto-meccanico l’elettrone si trova all’interno di orbitali che differiscono per dimensioni ed energia, forma ed orientamento. Questi parametri sono specificati da tre numeri interi detti quantici, perché le grandezze che definiscono sono quantizzate.
• Il numero quantico principale (simbolo n) definisce le dimensioni e l’energia dell’orbitale ed assume tutti i valori interi positivi compresi tra 1 e 7: n = 1, 2, ..., 7
All’aumentare del valore di n aumenta la distanza dal nucleo e, ovviamente, aumentano le dimensioni e l’energia dell’orbitale. Tutti gli orbitali con lo stesso valore del numero quantico principale costituiscono un livello energetico. ✔ Il numero di orbitali per un dato valore di n è dato da n2.
Al primo livello energetico (n = 1) appartiene un orbitale, al secondo livello energetico (n = 2) appartengono quattro orbitali e cosí di seguito.
• Il numero quantico secondario o azimutale o angolare (simbolo l) indica la forma
dell’orbitale ed assume tutti i valori interi compresi tra 0 e n - 1. Insieme al numero quantico principale n, contribuisce a determinare l’energia di un orbitale atomico: l = 0, ..., (n - 1)
utti gli orbitali con lo stesso valore di n ma con diverso valore di l costiT tuiscono un sottolivello. Il numero dei sottolivelli presenti nei primi quattro livelli energetici è dato dal valore del numero quantico principale n: nel primo livello (n = 1) è presente un sottolivello, nel secondo livello (n = 2) sono presenti due sottolivelli e nel terzo livello (n = 3) sono presenti tre sottolivelli: n = 1 l = 0; n = 2 l = 0, 1; n = 3 l = 0, 1, 2
• Il numero quantico magnetico (simbolo m) precisa l’orientazione dell’orbitale
nello spazio rispetto ai tre assi ortogonali x, y, z ed assume tutti i valori interi compresi tra -l e +l: m =- l, ..., 0, ..., +l
Fig. 2.10 Valori che i numeri quantici l e m possono assumere in corrispondenza con i primi tre valori di n. l=2 n=3
l=1
el sottolivello l = 0 è presente un solo orbitale, nel sottolivello l = 1 sono preN senti tre orbitali, nel sottolivello l = 2 sono presenti cinque orbitali: l = 0 m = 0; l = 1 m =- 1, 0, 1; l = 2 m =- 2, -1, 0, 1, 2
✔ Orbitali con lo stesso valore del numero quantico principale (n) e del numero quantico secondario (l ), ma con diversa orientazione, si chiamano degeneri. m = –2
m = –1
m=0
m=1
m = –1
m=0
m=1
l=0
Energia
n=2
l=1 l=0
m=0
m = –1
m=0 m=0
n=1
l=0
m=0
livello
sottolivello
orbitale
m=1
m=2
Sono orbitali degeneri quelli specificati dai seguenti numeri quantici: n = 2 l = 1 m =- 1 n = 2 l = 1 m = 0 n = 2 l = 1 m = 1 In definitiva si ha che i valori di m dipendono da quelli di l che a loro volta dipendono da quelli di n (Fig. 2.10).
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