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Cosa sono i numeri quantici e quali

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Cosa sono i numeri quantici? In questa lezione ti forniamo le nozioni di base sui numeri quantici.

Si tratta di un argomento molto complesso e ampio, i cui concetti fondamentali possono essere oggetto di verifica anche alle scuole superiori e nei quiz dei test di ammissione a medicina e odontoiatria, veterinaria e professioni sanitarie.

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Cosa sono i numeri quantici

Quanti sono i numeri quantici e cosa rappresentano? I numeri quantici sono quattro. I primi tre definiscono livello di energia, dimensione, forma e orientamento degli orbitali. Gli orbitali sono le parti dell’atomo in cui è più alta la probabilità di trovare un elettrone.

Quindi, i numeri quantici consentono di descrivere la struttura elettronica dell’atomo attraverso gli orbitali.

Invece, il quarto numero quantico si riferisce all’elettrone.

Chi ha creato i numeri quantici? Il modello atomico degli orbitali è nato a inizi ‘900 grazie agli studi del fisico svizzero Schrodinger e si è poi sviluppato nel corso dei decenni.

Quali sono i numeri quantici

I quattro numeri quantici sono:

  • numero quantico principale, indicato con n, che esprime il livello di energia dell’elettrone e la dimensione degli orbitali. Esso dipende solo dalla distanza media che c’è tra il nucleo e l’elettrone. n assume valori interi, n = 1, 2, 3…;
  • numero quantico secondario, indicato con l, che individua la forma dell’orbitale. l può avere valori compresi nell’intervallo 0 e n -1;
  • numero quantico magnetico, indicato con m, che definisce l’orientamento dell’orbitale. m ha valori compresi tra -l e l;
  • numero quantico di spin, indicato con s, che descrive l’orientamento dell’elettrone. s può avere solo i valori -1/2 e +1/2.

In fisica, esistono anche altri numeri quantici, come il numero leptonico, il numero barionico, il numero B-L, l’isospin. Questi numeri si riferiscono alle particelle elementari coinvolte nelle reazioni fisiche. Per quanto importanti, non sono oggetto di trattazione di questa lezione, incentrata sui concetti fondamentali della chimica quantistica.

Numero quantico principale

Il numero quantico principale, n, è anche noto come numero di Bohr. Come scritto sopra, questo numero quantico esprime l’energia dell’elettrone e la distanza di questo dal nucleo.

n ha sempre valori interi. In teoria, i valori del numero quantico principale possono andare da 1 a ∞. Ma convenzionalmente, i valori vanno da 1 a 7, come i livelli energetici, perché con n = 7 si riesce a posizionare nella tavola periodica tutti gli elettroni degli elementi noti fino a questo momento.

Ricorda che se due elettroni hanno lo stesso numero quantico principale rientrano nello stesso livello elettronico o strato.

Numero quantico secondario

Il numero quantico secondario, l, definisce la forma dell’orbitale in cui è collocato l’elettrone. Questo numero quantico è anche noto come numero quantico azimutale o numero quantico rotazionale o numero quantico angolare.

I valori di l vanno da 0 a n -1. Quindi, se n = 2, l può assumere valori 0 e 1.

A seconda del valore di l, distinguiamo i seguenti tipi di orbitali:

  • s se l = 0;
  • p se l = 1;
  • d se l = 2;
  • f se l = 3;
  • per tutti gli altri valori l > 4 si segue l’alfabeto dalla lettera g e successive.

Numero quantico magnetico

Il numero quantico magnetico, m, ci dice come l’orbitale è orientato nello spazio. m assume valori interi, anche negativi, compresi tra -l e l. Quindi, se l = 3, m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3.

Infatti, m è legato a l, numero quantico secondario, e i valori di m dipendono dai valori di l.

m viene usato anche per indicare il numero di orbitali per sottostrato. Poiché il valore di n è uguale a quello dei sottostrati, se n = 1 (lo stato elettronico più vicino al nucleo ha un sottostrato formato da un solo orbitale s), l sarà uguale a 0 e quindi anche m = 0.

Numero quantico di spin

Tra i numeri quantici principali, il numero quantico di spin, s, è il solo che si riferisce all’elettrone, descrivendone l’orientamento.

Come già sai, gli elettroni ruotano attorno a un asse generando un campo magnetico. Ogni orbitale può contenere al massimo 2 elettroni, con spin opposto.

Quindi, il campo può avere due direzioni, oraria e antioraria. Queste due direzioni corrispondono ai 2 valori del numero quantico di spin: -1/2 e +1/2.

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Video nel testo di Orlando Cialli, tutor e docente WAU!

Immagine in evidenza di Tomislav Jakupec da Pixabay

Paola Pala
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