Orbitali, livelli e sottolivelli energetici

Hey, oggi parliamo di cose belle. Ci sei?

Ti faccio una domanda a bruciapelo.

Quanti elettroni contiene un orbitale f?

A) 10
B) 14
C) 6
D) 2
E) 12

Hai scelto un’alternativa? Cominciamo.

Ne approfittiamo per spiegare qualcosa e andare oltre il quesito, che fa bene sempre.

Chiariamo un concetto che non dovete confondere mai più (in modo che ai corsi lo spiegherete direttamente voi).

Se avete qualche minuto, spendetelo a leggere e regalatevi qualche punto in più nelle simulazioni.

“Orbitale” è diverso da “sottolivello energetico” ed ancora diverso da “livello energetico”.

Un orbitale è, come sappiamo troppo bene, la regione di spazio entro la quale è statisticamente molto probabile trovare un elettrone a girovagare.

Ogni orbitale contiene al massimo due elettroni.

Un sottolivello energetico (s, p, d, f …) comprende uno o più orbitali e quando un sottolivello ne contiene più di uno (cioè quando ne consideriamo uno diverso da “s”), gli orbitali contenuti si definiscono degeneri (ovvero con una pari energia associata.

Possiamo considerarli uguali, ai fini del ragionamento che ci troveremo sempre a fare per i quiz del test.
Cos’è, di preciso “f”? La descrizione di una forma.

Partiamo un po’ più indietro e studiamo un livello energetico con numero quantico principale n > 3.

Consideriamo il caso n = 4.

I valori di “l” (numero quantico secondario) ammessi sono:
0 (forma s –> sferica)
1 (forma p –> a doppio lobo, come il simbolo dell’infinito)
2 (forma d –> a quattro lobi, come due simboli dell’infinito sovrapposti)
3 (forma f –> a otto lobi, come quattro simboli … bla bla).

Ognuna di queste lettere descrive la forma di un orbitale.

Se prendo un orbitale “f”, questo ha un bordello di lobi, certo, ma comunque ospita solo due elettroni.

Allora perchè a (quasi) chiunque, quando pensa a “orbitale f”, viene in mente il numero 14?

Perchè ci sono quei benedetti quadratini con le freccine che distruggono generazioni, se non spiegati per bene.

Vediamo da dove viene fuori.

(se ti sei fatto questa domanda, il concetto che non hai chiaro è quello di sottolivello).

Per ogni numero quantico secondario possiamo calcolare un numero quantico magnetico (m), che indica il numero di orbitali configurati diversamente nello spazio che sono ammessi.

Per “l” = 3 (forma f a otto lobi), il numero magnetico assume 7 valori (da – l a + l, ovvero -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3).

“Sette valori” vuol dire che ci sono 7 orbitali, collocati nello spazio in orientazioni diverse, ognuno dei quali (che ha otto lobi) ospita 2 elettroni al massimo, come ogni orbitale.

7 X 2 = 14.

Il numero di elettroni contenuti nel sottolivello.

Un sottolivello, allora, è una “regione energetica” (bel termine) che contiene uno o più orbitali, dipendentemente da cosa ci indicano i valori dei numeri quantici. In questo caso il sottolivello è quello composto da 7 orbitali “f”.

Risposta alla domanda? 2.

Se avesse chiesto quanti elettroni possono essere buttati nel sottolivello intero? 14.

Chiaro?

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