Orbitali atomici

Gli orbitali atomici sono una regione intorno al nucleo di un atomo in cui è probabile che un elettrone sia

Cosa sono gli orbitali atomici?

UN Orbitale atomico È definito come una regione tridimensionale attorno al nucleo di un atomo, in cui è probabile che trovi un elettrone. Come le orbite dei pianeti, ci sono orbitali più piccoli e che sono più vicini al nucleo e altri che sono ulteriormente.

Gli orbitali atomici sono definiti da un insieme di tre numeri quantistici. Indipendentemente da questi numeri, solo due elettroni che devono avere spine opposte si adattano in ciascun orbitale.

Ricordiamo che gli atomi sono formati da un nucleo di carica positivo che contiene protoni e neutroni, circondati da uno o più elettroni. Queste ultime sono particelle molto piccole con carico negativo e ruotano attorno al nucleo grazie all'attrazione di carichi opposti.

Gli elettroni ruotano attorno al nucleo in modo simile a come i pianeti ruotano attorno al sole. Tuttavia, le "orbite" degli elettroni non sono piatte, né sono ben definite come quelle dei pianeti. Gli elettroni sono organizzati in quelle regioni dello spazio chiamate orbitali atomici.

Tipi di orbitali atomici

Gli orbitali atomici possono essere puri orbitali atomici ibridi. Inoltre, gli orbitali atomici puri possono essere di diversi tipi.

Orbitali atomici puri

Come suggerisce il tuo nome, questi sono gli orbitali atomici più semplici. Ogni atomo isolato ha un insieme equivalente di orbitali atomici puri o non combinati. Questi, a loro volta, possono essere di diversi tipi:

• Orbitali S: Sono orbitali in modo sferico e sono i più penetranti di tutti gli orbitali atomici (cioè quelli che posizionano l'elettrone più vicino al nucleo per la maggior parte del tempo).
• Orbitali p: Questi orbitali esistono dal secondo livello di energia. Sono orbitali che hanno due lobi orientati lungo uno degli assi delle coordinate cartesiane. Esistono tre livelli di energia P orbitale in ciascun atomo, che sono gli orbitali p_X, P_E E p_z.
• Orbitali D: Sono un insieme di piccoli orbitali penetranti con forme diverse e che esistono dal terzo livello di energia. Nello stesso livello di energia potrebbe esserci cinque diversi orbitali, che sono i D_XY, D_Xz, D_{e z}, D_X2-y2 e d_Z2.
• Orbitali f: Sono orbitali atomici che esistono solo dal quarto livello di energia. Ad ogni livello ci sono un massimo di sette tipi F.

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Orbitali atomici ibridi

Sono gli orbitali atomici che derivano dalla combinazione di orbitali atomici puri. La sua forma e l'orientamento spaziale dipendono dagli orbitali che vengono combinati. Alcuni esempi di orbitali ibridi sono gli orbitali SP, SP², sp³, sp³D, sp³D², eccetera.

Ibridazione orbitale atomica

L'ibridazione orbitale atomica è il processo di combinazione di orbitali atomici puri per formare orbitali atomici ibridi con un orientamento adeguato per formare legami tra atomi.

Questi orbitali ibridi sono rappresentati con le lettere degli orbitali puri che sono stati miscelati, con esponenti che indicano il numero di ciascun tipo di orbitale puro che è entrato nella miscela. Ad esempio, un SP Orbitale SPOSS³d è formato da una S orbitale, tre p e una d.

Perché sono orbitali ibridi?

Secondo la teoria dei collegamenti di Valencia, il legame chimico si forma quando un orbitale atomico di un atomo è sopraffatto dall'orbitale atomico di un altro per formare un legame covalente. Se la sovrapposizione è frontale, viene formato un legame di tipo sigma e se si forma un legame PI.

Ciò implica che, affinché si formi il legame covalente, gli orbitali atomici devono possedere l'orientamento appropriato.

Tuttavia, ciò non è sempre possibile con puri orbitali atomici (S, P, D e F). Quindi, secondo la teoria, gli atomi combinano orbitali atomici per formare un insieme di nuovi orbitali ibridi che hanno un orientamento adeguato.

Allenamento di orbitali ibridi

L'ibridazione è simile alla combinazione di succhi di frutta diversi.

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Se combiniamo 3 orbitali atomici puri (tre bicchieri di diversi succhi di frutta), otterremo sempre tre orbitali atomici ibridi (tre occhiali da miscelazione).

D'altra parte, più occhiali di un tipo di succo aggiungiamo alla miscela, più la miscela a questo tipo di succo apparirà. Allo stesso modo, gli orbitali più atomici di un tipo di miscelazione, quindi gli orbitali più ibridi saranno assomigliati a questi orbitali puri.

Numeri quantici e orbitali atomici

I diversi orbitali atomici corrispondono alle soluzioni matematiche dell'equazione di Schröding. Queste soluzioni sono associate a un insieme di numeri interi chiamati numero quantico.

Un orbitale atomico è definito dai primi tre numeri quantistici:

Numero quantico principale (N)

Ciò definisce il livello di energia dell'orbitale e, quindi, la distanza media dell'elettrone verso il nucleo. È un numero naturale da 1 in poi.

Momentum quantico o angolare secondario (L)

Chiamato anche sub -livello di energia, questo determina la forma di un orbitale atomico. Può avere valori tra 0 e N-1 e determinare il tipo di orbitale atomico di cui è:

• Se l = 0, allora sarà un orbitale
• Quando l = 1, allora sarà un tipo orbitale P
• Se l = 2, allora sarà un tipo orbitale D
• Quando l = 3, allora sarà un tipo di orbitale, ecc.

Il momento angolare determina quanti livelli secondari si inseriscono all'interno di ciascun livello di energia principale. Per quanto riguarda ogni valore N, L può avere valori tra 0 e N-1, quindi il numero di possibili sotto-livelli sarà sempre uguale a n.

Numero quantico di momento magnetico (M_l)

Determinare l'orientamento nello spazio orbitale atomico. Ciò può acquisire interi valori tra -L e +L (incluso 0) e determina il numero di orbitali atomici all'interno di ciascun sotto -livello.

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Ad esempio, in P -livello P, che corrisponde a L = 1, ci sono tre orbitali, poiché m_l può valere -1, 0 e +1 (corrispondente agli orbitali p_X, P_E E p_z).

Diamo un esempio: la configurazione elettronica di un atomo dell'elemento chimico del boro, con 5 elettroni, è 1S²2S²2P_X¹: Orbital 1S Contiene due elettroni, il 2s ne contiene altri due e l'orbitale 2P_X Ne contiene uno.

Un altro esempio: la configurazione elettronica del carbonio, con sei elettroni, ha una configurazione elettronica 1S²2S²2P_X¹2P_E¹, Laddove l'orbitale 1S ha due elettroni, anche il 2S e gli ultimi due orbitali contengono un singolo elettrone.

Esempi di orbitali atomici

Ogni orbitale atomico è determinato da una particolare combinazione dei primi tre numeri quantici. Alcuni esempi di orbitali atomici e i rispettivi numeri quantistici sono presentati di seguito:

Orbitale	N	l	Ml
1s	1	0	0
3dXY	3	2	-2
4pz	4	1	+1
5 DX2-y2	5	2	+2

Riferimenti

1. Britannica, i redattori dell'Enciclopedia (2020). Orbital | Chimica e fisica. Preso da Britannica.com.
2. Byjus (2021). Linee guida per la regolamentazione della protezione dei dati generali (GDPR) BYJU. Preso da Byjus.com.
3. LiBeTexts - Turo School in Cornwall (2020). Orbitali atomici. Tratto da Chem.Librettexts.org.