Di Rosann Kozlowski – Aggiornato il 30 agosto 2022
I livelli energetici e gli orbitali definiscono la struttura elettronica di un atomo, rivelando come gli elettroni sono disposti attorno al nucleo. Questi concetti derivano dalla teoria quantistica, che descrive gli stati energetici discreti che gli elettroni possono occupare.
La teoria quantistica afferma che gli atomi possono esistere solo in specifici stati energetici. Quando un elettrone transita tra questi stati, assorbe o emette un preciso quanto di energia pari alla differenza tra lo stato iniziale e quello finale. Questa quantizzazione è espressa attraverso un insieme di quattro numeri quantici.
Ogni elettrone è identificato univocamente da:
Il valore di n determina la dimensione e l'energia di un orbitale. Accetta valori interi a partire da 1. Ogni livello è anche etichettato da una lettera:n=1 (K), n=2 (L), n=3 (M), n=4 (N) e così via.
Il numero di orbitali in un dato livello energetico è calcolato da n² :
Il numero massimo di elettroni per livello energetico deriva dal principio di esclusione di Pauli ed è dato da 2n² :
Per un n fisso , l può variare da 0 a n‑1 . I valori interi corrispondono alle sottoshell:0=s, 1=p, 2=d, 3=f. La capacità di ogni subshell è:
Dato un l , ml può assumere valori interi da –l a +l , compreso zero. Ciò determina l'orientamento spaziale di ciascun orbitale:
Ogni orbitale può contenere due elettroni con spin opposti:+½ o –½. Ciò garantisce il rispetto del principio di esclusione di Pauli, che vieta a due elettroni di condividere tutti e quattro i numeri quantici.
Per verificare il conteggio orbitale per uno specifico livello di energia, sommare gli orbitali forniti da ciascuna subshell. Ad esempio, per n=3 (M shell):
1+3+5=9 orbitali, corrispondenti alla regola n².
Comprendere queste relazioni è essenziale per interpretare le configurazioni elettroniche, prevedere il comportamento chimico e padroneggiare argomenti avanzati di chimica quantistica.
