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
- 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.
- Ogni sottolivello è costituito da uno o più orbitali: s, p, d e f.
- 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. Ogni orbitale di un atomo è caratterizzato da tre numeri quantici che descrivono l'energia dell'elettrone, angolare quantità di moto 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. |
| Scopo | 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.
Ogni orbitale di un atomo è caratterizzato da tre numeri quantici che descrivono l'energia dell'elettrone, il momento angolare e il vettore componente dell'atomo. Il momento angolare è lo spin dell'elettrone 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, inclusa la sua forma e dimensione, a seconda della funzione d'onda quadrato. Gli orbitali vicini al nucleo sono relativamente più stabili. Di conseguenza, hanno forme definite. Gli orbitali S hanno una forma sferica simmetrica, gli orbitali p e gli orbitali d hanno la forma di manubri e gli orbitali f hanno forme diffuse complesse in quanto hanno alti livelli di energia.
Cosa sono i sottolivelli?
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. I sottolivelli di un atomo sono divisi in vari orbitali che trasportano elettroni. Ci sono principalmente quattro sottolivelli energetici principali 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
- Gli orbitali hanno elettroni con direzioni di spin, mentre i sottolivelli hanno livelli di energia variabili.
- Gli orbitali sono tipi di sottolivelli, mentre i sottolivelli sono tipi di orbite.
- Ogni orbitale può contenere un massimo di due elettroni, mentre la capacità degli elettroni varia con ogni sottolivello.
- Gli orbitali non hanno confini definiti all'interno dell'atomo, mentre i sottolivelli sono predefiniti.
- La forma degli orbitali può essere simmetrica, simile a un manubrio o complessa, mentre i sottolivelli non sono definiti come forme.
- https://link.springer.com/article/10.1007/BF02461321
- https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3700/20/16/028/meta
Ultimo aggiornamento: 11 giugno 2023
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Piyush Yadav ha trascorso gli ultimi 25 anni lavorando come fisico nella comunità locale. È un fisico appassionato di rendere la scienza più accessibile ai nostri lettori. Ha conseguito una laurea in scienze naturali e un diploma post-laurea in scienze ambientali. Puoi leggere di più su di lui sul suo pagina bio.
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