Orbitali vs sottolivelli: differenza e confronto

La Meccanica Quantistica è una delle sezioni più importanti della Fisica e della Chimica. Descrive le proprietà delle particelle atomiche e subatomiche. Orbitali e sottolivelli sono due parti di elettroni che trasportano atomi che vengono confusi tra loro. Anche se i due condividono alcune somiglianze, portano proprietà diverse.

Punti chiave

1. Gli orbitali sono regioni in cui è probabile che si trovino gli elettroni, mentre i sottolivelli sono livelli di energia all'interno di un guscio di elettroni.
2. Ogni sottolivello è costituito da uno o più orbitali: s, p, d e f.
3. I sottolivelli sono etichettati con i principali numeri quantici e lettere, mentre la forma della nuvola di elettroni rappresenta gli orbitali.

Orbitali vs Sottolivelli

Un orbitale è una regione tridimensionale dello spazio attorno al nucleo di un atomo dove è più probabile che si trovi un elettrone. Un sottolivello è un gruppo di orbitali con gli stessi valori di numeri quantici n e l. Esistono quattro tipi di sottolivelli: s, p, d e f, che possono essere ulteriormente suddivisi.

Gli orbitali sono funzioni matematiche che descrivono la posizione e il comportamento più probabili degli elettroni in un atomo. Ciascun orbitale di un atomo è caratterizzato da tre numeri quantici che descrivono l'energia dell'elettrone, il momento angolare e la componente vettoriale dell'atomo.

I sottolivelli sono definiti come livelli di energia nella meccanica quantistica. In chimica, questi livelli di energia sono associati agli elettroni dell'atomo. Tuttavia, in fisica, questi livelli di energia sono anche associati al nucleo. La capacità di trattenere gli elettroni varia con ogni sottolivello.

Tavola di comparazione

Parametri di confronto	Orbitali	sottolivelli
Definizione	Funzioni matematiche che descrivono la posizione degli elettroni.	Livelli energetici degli elettroni atomici e del nucleo.
Divisione	Sono tipi di sottolivelli.	Sono tipi di orbite.
Capacità elettronica	Un orbitale può contenere due elettroni.	Varia con la capacità di ogni sottolivello.
Forma	Forme simmetriche, manubri o complesse.	Non definito come forme.
Missione	Determinazione della posizione degli elettroni.	Previsione dei legami chimici.

Cosa sono gli orbitali?

Gli orbitali sono funzioni matematiche che descrivono la posizione e il comportamento più probabili degli elettroni in un atomo. Un orbitale è anche noto come funzione d'onda dell'elettrone. Esistono quattro tipi fondamentali di orbitali s, p, d e f-orbitale. Ogni orbitale può contenere solo un massimo di due elettroni.

Ciascun orbitale di un atomo è caratterizzato da tre numeri quantici che descrivono l'energia dell'elettrone, il momento angolare e la componente vettoriale dell'atomo. Il momento angolare è lo spin dell'elettrone. Questo spin degli elettroni nell'orbitale è positivo o negativo, noto come stato di spin degli elettroni.

Man mano che gli orbitali si allontanano radicalmente dal nucleo, le loro dimensioni aumentano gradualmente ad ogni passo, determinando livelli di energia più elevati. Poiché l'orbitale s è l'orbitale più piccolo e più vicino al nucleo, ha la più alta probabilità di trasportare elettroni. D'altra parte, l'orbitale f è grande e lontano dal nucleo. Trasporta un livello di energia molto elevato.

Caratteristiche fisiche dell'orbitale, comprese forma e dimensione, a seconda del quadrato della funzione d'onda. Gli orbitali vicini al nucleo sono comparativamente più stabili. Di conseguenza, hanno forme definite. Gli orbitali S hanno una forma sfericamente simmetrica, gli orbitali p e gli orbitali d hanno la forma di manubri e gli orbitali f hanno forme diffuse complesse poiché hanno alti livelli di energia.

Cosa sono i sottolivelli?

I sottolivelli sono definiti come livelli energetici nella meccanica quantistica. In chimica, questi livelli energetici sono associati agli elettroni dell'atomo. Tuttavia, in fisica, questi livelli energetici sono associati anche al nucleo. La capacità di trattenere elettroni varia a seconda del sottolivello. I sottolivelli di un atomo sono suddivisi in vari orbitali che trasportano elettroni. Esistono quattro principali sottolivelli energetici degli atomi. All'aumentare del sottolivello, aumenta anche l'energia degli elettroni presenti.

Il sottolivello 1 di energia ha un solo orbitale s, quindi può trasportare solo due elettroni. D'altra parte, il sottolivello 2 dell'energia ha un orbitale s e tre orbitali p. Poiché un orbitale può trasportare solo 2 elettroni, il sottolivello 2 di energia ha la capacità di contenere 8 elettroni. Man mano che ci spostiamo al sottolivello 3, i livelli di energia e la capacità aumentano in modo significativo. Il sottolivello 3 ha cinque orbitali d aggiuntivi rispetto agli orbitali p. Il sottolivello 3 comprende un totale di nove orbitali che possono trasportare 18 elettroni. Allo stesso modo, il sottolivello 4 contiene 7 orbitali f aggiuntivi rispetto al sottolivello 3. Quindi, può trasportare un totale di 32 elettroni.

La distribuzione degli elettroni in tutti gli atomi è diversa. Questi sottolivelli determinano la distribuzione degli elettroni attorno al nucleo e, quindi, ci consentono di prevedere i legami chimici che l'atomo può formare con altri elementi.

Principali differenze tra orbitali e sottolivelli

1. Gli orbitali hanno elettroni con direzioni di spin, mentre i sottolivelli hanno livelli di energia variabili.
2. Gli orbitali sono tipi di sottolivelli, mentre i sottolivelli sono tipi di orbite.
3. Ogni orbitale può contenere un massimo di due elettroni, mentre la capacità degli elettroni varia con ogni sottolivello.
4. Gli orbitali non hanno confini definiti all'interno dell'atomo, mentre i sottolivelli sono predefiniti.
5. La forma degli orbitali può essere simmetrica, simile a un manubrio o complessa, mentre i sottolivelli non sono definiti come forme.

Bibliografia

1. https://link.springer.com/article/10.1007/BF02461321
2. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3700/20/16/028/meta