Le funzioni d’onda: un approfondimento sulla loro natura e applicazioni
Oggi parleremo del modello atomico quantistico, che ci permette di comprendere meglio la struttura degli atomi e spiega molti fenomeni chimici e fisici che osserviamo nella natura.
Immagina ogni elettrone come una piccola particella che orbita attorno al nucleo dell’atomo. Questi elettroni possono essere descritti da un insieme di tre numeri quantici: il numero principale (n), che descrive il livello di energia dell’elettrone; il numero azimutale (l), che indica la velocità con cui l’elettrone si muove nella sua orbita e la forma orbitale; e il numero magnetico (m), che indica l’orientamento spaziale dell’elettrone.
In seguito è stato suggerito che nessun due elettroni potessero occupare lo stesso stato, quindi è stato aggiunto un quarto numero quantico. Questo numero è legato alla direzione in cui l’elettrone ruota mentre si muove nella sua orbita (ad esempio, in senso orario o antiorario). Solo due elettroni possono condividere la stessa orbita, uno che ruota in senso orario e l’altro in senso antiorario.
Le orbite hanno forme diverse e un numero massimo di elettroni a ciascun livello: s (sharp) – sferica (max 1); p (principal) – a forma di manubrio (max 3); d (diffuse) – a forma di quadrifoglio (max 5); f (fundamental) – a forma di sei lobi (max 7). I nomi delle orbite derivano dai nomi delle caratteristiche spettrali atomiche prima che la meccanica quantistica fosse formalmente inventata. Ogni orbita può contenere solo due elettroni. Le orbite hanno un ordine specifico di riempimento, di solito: tuttavia, c’è un po’ di sovrapposizione (ogni libro di chimica ha i dettagli).
Il risultato è il modello atomico quantistico.
Ad esempio, il sodio ha 11 elettroni distribuiti nei seguenti livelli di energia: un’orbita s – due elettroni; un’orbita s – due elettroni; e tre orbite p (due elettroni ciascuna) e un’orbita s – un elettrone.
Il modello quantistico è attualmente la visione più realistica della struttura complessiva dell’atomo. Spiega gran parte di ciò che sappiamo sulla chimica e sulla fisica. Ecco alcuni esempi: Chimica: La tavola periodica degli elementi (gli elementi sono disposti in base al numero atomico anziché alla massa). Gli elementi hanno diversi numeri atomici: il numero di protoni o elettroni aumenta lungo la tavola mentre gli elettroni riempiono le orbite. Gli elementi hanno diverse masse atomiche: il numero di protoni più neutroni aumenta sulla tavola. Righe: gli elementi di ogni riga hanno lo stesso numero di livelli di energia (orbite). Colonne: gli elementi hanno lo stesso numero di elettroni nello strato esterno (da uno a otto). Reazioni chimiche: scambio di elettroni tra diversi atomi (cedere, prendere o condividere). Lo scambio coinvolge gli elettroni nello strato esterno nel tentativo di riempire il livello esterno (cioè la forma più stabile dell’atomo).
Fisica: Radioattività – cambiamenti nel nucleo (ad es. decadimento) emettono particelle radioattive. Reattori nucleari -divisione del nucleo (fissione) Bombe atomiche – divisione del nucleo (fissione) o formazione di un nucleo (fusione) Spettri atomici – causati da elettroni eccitati che cambiano i livelli energetici (assorbimento o emissione di energia sotto forma di fotoni luminosi).
Questi sono solo alcuni dei concetti affascinanti che ci permettono di comprendere meglio il mondo dell’atomo e delle sue interazioni con il nostro universo.