Di Kylene Arnold – Aggiornato il 30 agosto 2022

Descrivere gli stati degli elettroni negli atomi può essere impegnativo. Senza una terminologia precisa, le incomprensioni abbondano. I fisici risolvono questo problema utilizzando quattro numeri quantici che identificano in modo univoco l’orbitale di ciascun elettrone. Questi numeri rivelano anche quanti elettroni un atomo può contenere nel suo guscio esterno, o valenza.

TL;DR

Per calcolare il conteggio totale degli elettroni per un dato insieme di numeri quantici:1) Contare gli orbitali completamente occupati al di sotto del numero quantico principale. 2) Aggiungi gli elettroni in quegli orbitali completi. 3) Aggiungere gli elettroni in tutti i sottolivelli completamente occupati fino al numero quantico angolare. 4) Per la sottozona finale, aggiungere due elettroni per ciascun valore del numero quantico magnetico consentito fino a quello specificato. La somma è il numero massimo di elettroni che l'atomo può contenere.

1. Identifica gli orbitali completi sotto il numero quantico principale

Il numero quantico principale (n) indica quanti gusci sono riempiti prima di quello attuale. Sottrai uno da n per trovare il numero di gusci inferiori completamente riempiti.

2. Contare gli elettroni negli orbitali completi

Ciascun livello può contenere uno specifico numero massimo di elettroni:2 nel primo (n=1), 8 nel secondo (n=2), 18 nel terzo (n=3), 32 nel quarto (n=4) e così via. Somma questi valori per tutte le shell che sono completamente occupate.

3. Determina la sottoshell dal numero quantico angolare

Il numero quantico angolare (l) designa il tipo di subshell:0 =s, 1 =p, 2 =d, 3 =f. Ad esempio, l=1 corrisponde a una sottoshell p.

4. Aggiungi elettroni da sottoshell completamente occupate

Per ogni sottolivello sotto quello indicato da l, aggiungi la sua capacità elettronica massima:s =2, p =6, d =10, f =14. Se l=1 (p), aggiungi 2 dal sottolivello s. Se l=2 (d), aggiungi 2 da se 6 da p, per un totale di 8.

5. Combina elettroni da orbitali completi e subshell

Aggiungi i numeri dei passaggi 2 e 4. Ciò fornisce il conteggio degli elettroni fino all'ultimo sottolivello completamente occupato del livello corrente.

6. Valutare il numero quantico magnetico

Il numero quantico magnetico (m) specifica l'orientamento degli orbitali all'interno di una sottozona. Va da –l a +l. Per l=1, i possibili valori m sono –1, 0, +1.

7. Conta gli orientamenti fino al valore m specificato

Elenca tutti i valori m consentiti in ordine crescente e conta quanti precedono o sono uguali al m indicato. Ciascun orientamento può contenere due elettroni (spin verso l'alto e spin verso il basso).

8. Aggiungi gli elettroni rimanenti

Moltiplica il numero di orientamenti contati per 2 e aggiungilo al totale del passaggio 5. Il risultato è il numero massimo di elettroni per l'atomo descritto dai numeri quantici (n, l, m).

Esempio:Per (n=4, l=1, m=0), ci sono 3 gusci completamente pieni (28 elettroni) + 2 elettroni dal sottoguscio s (totale 30). Con l=1 gli m valori possibili sono –1, 0, +1; fino a m=0 si hanno due orientamenti, aggiungendo 4 elettroni. L'atomo può contenere 34 elettroni in totale.

Fonte immagine:knowlesgallery/iStock/GettyImages