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Orbitali

Definizione di orbitale e il modello atomico a orbitali

Il modello ondulatorio dell'elettrone consente di stabilire le zone dello spazio attorno al nucleo di un atomo ove è massima la densità della carica elettrica negativa dovuta agli elettroni dell'atomo stesso.

Tale conoscenza è possibile grazie alla equazione di E. Schrodinger (premio Nobel* nel 1933), che rappresenta, in tre dimensioni, l'onda stazionaria associata ad un elettrone, dalla cui risoluzione si ottengono funzioni (funzoni d'onda) rappresentabili graficamente che consentono di conoscere la distribuzione della densità di carica elettrica negativa nello spazio attorno al nucleo.

Dunque, le soluzioni dell'equazione di Schrodinger, dette funzioni d'onda e indicate con la lettera Ψ (psi), permettono di conoscere lo stato di un elettrone.

Anche se la funzione Ψ, in realtà, non ha significato fisico diretto, la funzione Ψ2, calcolata per una determinata porzione di spazio, fornisce la probabilità di trovare l'elettrone in essa.

Dal punto di vista matematico esistono infinite funzioni d'onda che sono soluzioni dell'equazione di Schrodinger relativa ad un elettrone, ma dal punto di vista fisico solo un numero finito di esse sono accettabili per rappresentare l'onda associata ad un elettrone in un atomo.

Sono accettabili soltanto quelle funzioni Ψ che soddisfano alle seguenti condizioni:

  • Esse sono ad un sol valore, continue e finite in ogni punto dello spazio e all'infinito tendono a zero;
  • Sono tali che

condizione orbitale

poichè Ψ2 dv rappresenta la probabilità di trovare l'elettrone nel volume infinitesimo dv, il fatto che sia 1 il valore dell'integrale indicato, esteso a tutto lo spazio, significa che in questo è certamente presente l'elettrone (se il valore della probabilità di un evento è 1 , cioè il 100%, si ha la certezza dell'evento).

Quindi, mentre il modello atomico di Bohr considerava che gli elettroni si muovessero intorno al nucleo secondo orbite circolari, il modello atomico di Schrodinger definisce le regioni dello spazio in cui il quadrato della funzione d'onda raggiunge i valori più alti. Tali regioni furono chiamate orbitali.

L'orbitale è quella zona in cui è massima la probabilità di trovare l'elettrone.

Racchiudendo entro una superficie limitante tutti i punti per i quali l'elettrone ha la massima probabilità di passare nel suo moto intorno al nucleo, si ottiene una figura geometrica, simmetrica rispetto al nucleo, che dà un idea della "forma" dell'orbitale.

L'orbitale non è un contenitore all'interno del quale si muove l'elettrone, ma solo la zona in cui è probabile trovarlo. A definire dimensione, forma e orientamento di un dato orbitale, concorrono i numeri quantici.

Siccome è dalla ricopertura di queste zone di massima densità elettronica che prendono origine i legami chimici fra gli atomi, la conoscenza del numero, delle forme e dell'orientamento di tali zone nei vari atomi è di fondamentale importanza per interpretare e prevedere struttura e proprietà delle specie chimiche.

* Il premio Nobel fu istituito dal chimico svedese Alfred Nobel.

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