Numeri quantici: cosa si intende e quali sono
Nello studio della materia a livello subatomico si scopre subito l’esistenza dei numeri quantici. Indicati con quattro lettere dell’alfabeto latino, costituiscono la “carta d’identità” degli orbitali in cui si trovano e si muovono gli elettroni attorno al nucleo di un atomo. Ma soprattutto sono un argomento molto gettonato per le domande dei test di ammissione a Medicina e Chirurgia.
Gli orbitali che i numeri quantici descrivono furono ipotizzati per la prima volta dal fisico austriaco Erwin Schrödinger. Studiò e contribuì molto allo sviluppo della meccanica quantistica ed elaborò anche un modello atomico che gli guadagnò un premio Nobel.
I numeri quantici: n, il livello energetico.
Cominciamo con il numero quantico principale, indicato con il simbolo n. I valori che può assumere sono sempre numeri interi e variano da un minimo di 1 fino a un massimo di 7. Il suo ruolo è definire il contenuto energetico dell’orbitale e degli elettroni che in esso si muovono.
Più il valore di n è alto, più l’orbitale risulta più ampio e più le particelle elettronegative risultano lontane dal nucleo e più cariche di energia. Tra i numeri quantici è considerato il più importante perché è il primo che viene scritto partendo da sinistra per definire un orbitale. Inoltre da esso si può comprendere quanti elettroni troveremo nella zona di riferimento.
Tutti gli orbitali che hanno lo stesso numero quantico principale appartengono allo stesso livello energetico. In ognuno si possono avere al massimo gli elettroni pari al valore di 2n2. Quindi al livello n = 1 al massimo ci saranno 2 elettroni, al livello energetico 2 ce ne saranno 4 e così via. Il massimo quindi sarà il numero di particelle subatomiche elettronegative che si raggiunge al livello 7.
Questo parametro era presente già nel modello atomico elaborato dallo scienziato Niels Bohr, nel 1913. All’epoca i sette livelli energetici furono fissati basandosi sulle sette lunghezze d’onda che assumeva lo spettro del visibile passando attraverso un prisma. In effetti si trattava di nient’altro che…dei sette colori dell’arcobaleno.
Il numero quantico secondario, l.
Come anche altri numeri quantici anche l esiste in funzione di n e varia in base ad esso. Può assumere valori variabili fra 0 e n – 1. Per il primo livello di energia dell’atomo quindi (n = 1) esiste un solo tipo di orbitale ossia quello di forma sferica. Questa tipologia viene indicata con la lettera s e al centro della “sfere” c’è sempre il nucleo dell’atomo.
Quando l assume il valore 1 invece allora nel livello indicato (es. n =2) si trovano anche gli orbitali p. Questi hanno una forma a doppio lobo, con due ovali schiacciati collegati a livello del nucleo. Gli elettroni compiono quindi un tragitto che ricorda come aspetto il numero 8. Gli orbitali p possono essere in tutto di tre tipi a seconda di come sono orientati.
Se il valore di l arriva a 2 allora compaiono anche gli orbitali d. Questi sono ancora più articolari degli orbitali p in quanto hanno una disposizione a quattro lobi. Inoltre possono essere di cinque tipologie a seconda di come si dispongono secondo gli assi tridimensionali x, y e z. Seguono poi gli orbitali f, ancora più complessi.
Numeri quantici: m, l’influenza del magnetismo.
Per la precisione m può essere un numero compreso fra -l e +l e tra i numeri quantici indica l’orientamento degli orbitali. Il secondario infatti definisce solo la forma, ma le sub tipologie (tre per gli orbitali p, cinque per i d…) si indentificano in base al loro numero quantico magnetico.
A conferma possiamo portare un paio di esempi. Se abbiamo l = 1 e quindi la presenza di orbitali p i valori che m può avere sono tre, come le tipologie accennate prima : -1, 0 e +1. Invece se si ha l = 2 il numero quantico magnetico può valere -2, -1, 0, +1 e +2. Cinque valori, come i cinque possibili orientamenti che gli orbitali d possono avere nello spazio.
Il numero quantico di spin, ms
Il quarto e ultimo della lista dei numeri quantici è l’unico che può avere solamente due valori fissi e non varia a seconda degli altri. Il suo simbolo è ms e può essere pari a +1/2 o a -1/2. Il motivo per cui possa avere solo questi due valori è legato a cosa rappresenta ossia la direzione in cui l’elettrone si sposta all’interno dell’orbitale.
