Modelli atomici II



il gatto di schroedinger

Quando si è cercò di verificare che le traiettorie degli elettroni fossero circolari (o ellittiche come sosteneva Sommerfield) gli scienziati si scontrarono con l’impossibilità di determinare con precisione il moto dell’elettrone. Questo limite dell’indagine scientifica è espresso dal Principio di indeterminazione di Heisenberg:

“Non è possibile conoscere contemporaneamente la posizione e la quantità di moto di una particella elementare.”

Per questo al concetto di orbita è stato sostituito il concetto di orbitale:

Un orbitale è lo spazio intorno al nucleo nel quale si ha il 90% delle probabilità di trovare un elettrone (ovvero, è lo spazio in cui l’elettrone si trova per il 90% del tempo).

All’interno di uno stesso orbitale possono coesistere al più due elettroni, a condizione che abbiano spin antiparallelo (Principio di esclusione di Pauli).

Due elettroni in uno stesso orbitale sono parecchio vicini, e possedendo la stessa carica elettrica tenderebbero a respingersi; lo spin dell’elettrone genera un campo magnetico con polarità che dipende dalla “rotazione” (mi scusino i fisici). Se la rotazione è nello stesso senso (parallela) allora all’effetto repulsivo elettrico si somma l’effetto repulsivo magnetico, e la coesistenza risulterebbe impossibile; se la rotazione è in senso opposto (antiparallela) allora l’effetto repulsivo elettrico è annullato dall’effetto attrattivo magnetico, e la coesistenza è possibile.

Per descrivere il moderno modello atomico ora facciamo un passo indietro, e ritorniamo ai livelli di energia già previsti da Bohr per aggiornarlo.

Ogni livello di energia contiene un numero di sottolivelli possibili pari al suo numero:
– il primo livello contiene un sottolivello;
– il secondo livello contiene due sottolivelli;
– il terzo livello tre, e così via (anche se, come vedrete, ci si ferma a quattro!)

I sottolivelli (s, p, d, f…) hanno un valore crescente di energia:
– s ha minore energia di p
– p ha minore energia di d
– d ha minore energia di f, …

Ogni sottolivello contiene un numero massimo di orbitali atomici:
– s contiene un solo orbitale,
– p contiene tre orbitali,
– d contiene cinque orbitali, ….

Al massimo in un orbitale possono trovarsi due elettroni, come abbiamo visto più sopra.

Gli elettroni tendono ad occupare l’orbitale disponibile con la minore energia possibile.

Nel seguente filmato la rappresentazione degli orbitali:


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docente di scienze
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