Meccanica Ondulatoria, Orbitali Atomici e Configurazioni Elettroniche

Flashcards di vocabolario sui concetti chiave di meccanica quantistica, equazione di Schrödinger, numeri quantici, orbitali atomici, principi di Aufbau e classificazione della configurazione elettronica.

Equazione di Schrödinger (1926)

Equazione d'onda fondamentale della meccanica ondulatoria ($H\psi = E\psi$) che permette di descrivere il moto dell'elettrone attorno al nucleo.

Operatore hamiltoniano ($H$)

Operatore matematico presente nell'equazione di Schrödinger che applica specifiche operazioni alla funzione d'onda per determinarne l'energia.

Funzione d'onda fisicamente accettabile

Funzione d'onda ($\psi$) che rispetta tre condizioni fisiche: essere continua, univoca (a ogni punto corrisponde un solo valore) e finita (probabilità del $100\%$ di trovare l'elettrone attorno al nucleo).

Orbitale atomico

Funzione d'onda ($\psi$) che rappresenta una soluzione fisicamente accettabile dell'equazione di Schrödinger, caratterizzata da specifici numeri quantici.

Densità elettronica ($\psi^2$)

Valore proporzionale al quadrato della funzione d'onda che indica la probabilità di trovare l'elettrone in una specifica regione dello spazio.

Orbita vs Orbitale

Differenza concettuale: l'orbita descrive una traiettoria e una posizione esatta dell'elettrone nello spazio, mentre l'orbitale individua una distribuzione di probabilità volumetrica ($\psi^2$).

Numero quantico principale ($n$)

Numero intero positivo ($n = 1, 2, 3, \dots$) che quantizza l'energia dell'elettrone secondo la formula $E_n = -\frac{E_0}{n^2}$ e determina la dimensione dell'orbitale.

Numero quantico secondario o azimutale ($l$)

Numero intero che varia da $0$ a $n - 1$ e descrive la forma geometrica dell'orbitale e individua il sottoguscio.

Numero quantico magnetico ($m_l$)

Numero intero compreso tra $-l$ e $+l$ (incluso lo $0$) che indica l'orientamento spaziale dell'orbitale.

Orbitali degeneri (isoenergetici)

Orbitali caratterizzati dallo stesso livello di energia; nell'atomo di idrogeno sono tutti gli orbitali aventi lo stesso valore di $n$.

Notazione dei sottogusci ($s, p, d, f$)

Denominazione convenzionale dei sottogusci associata al numero quantico $l$: Sharp ($l = 0$, sottoguscio $s$), Principal ($l = 1$, sottoguscio $p$), Diffuse ($l = 2$, sottoguscio $d$) e Fundamental ($l = 3$, sottoguscio $f$).

Guscio elettronico

L'insieme di tutti gli orbitali caratterizzati dallo stesso numero quantico principale $n$, contenente un numero complessivo di orbitali pari a $n^2$.

Superficie limite

Rappresentazione grafica di un orbitale che racchiude lo spazio in cui vi è il $90\%$ o il $99\%$ di probabilità di trovare l'elettrone.

Piano nodale

Superficie o piano geometrico passante per l'atomo in cui la probabilità di trovare l'elettrone è pari a $0$.

Numero quantico di spin ($m_s$)

Quarto numero quantico, indipendente dagli altri tre, che descrive il momento magnetico intrinseco dell'elettrone e assume esclusivamente i valori $+\frac{1}{2}$ o $-\frac{1}{2}$.

Configurazione elettronica fondamentale

Disposizione degli elettroni nei vari orbitali che si realizza spontaneamente quando l'atomo si trova al suo minimo stato energetico.

Configurazione elettronica eccitata

Stato elettronico ad alta energia che si ottiene somministrando energia all'atomo, provocando il salto di un elettrone verso orbitali a energia superiore.

Orbitali negli atomi polielettronici

Atomi a partire dall'elio ($Z \ge 2$) in cui le interazioni reciproche tra elettroni rimuovono la degenerazione tra sottogusci diversi dello stesso guscio; l'energia dipende sia da $n$ sia da $l$.

Regola delle diagonali

Criterio di riempimento degli orbitali basato sull'ordine crescente di energia: $1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s$.

Principio di esclusione di Pauli

Regola secondo cui in un atomo non possono coesistere due elettroni con tutti e quattro i numeri quantici uguali; di conseguenza, ogni orbitale può contenere al massimo due elettroni con spin antiparalleli ($\uparrow\downarrow$).

Regola di Hund (della massima molteplicità)

Regola che stabilisce che quando due o più elettroni occupano orbitali degeneri, tendono a distribuirsi occupando il maggior numero possibile di orbitali singolarmente con spin paralleli ($\uparrow\uparrow$).

Notazione a guscio chiuso

Metodo abbreviato di scrittura della configurazione elettronica in cui gli elettroni interni sono sintetizzati indicando tra parentesi quadre il simbolo del gas nobile precedente (es. $[He]2s^1$ per il litio).

Elettroni di core

Elettroni interni all'atomo che appartengono a gusci elettronici completi e fungono da schermo tra il nucleo e gli elettroni più esterni.

Elettroni di valenza

Elettroni situati nel guscio elettronico più esterno, meno attratti dal nucleo per effetto della schermatura e responsabili delle reazioni e trasformazioni chimiche.

Elementi della I serie di transizione

Elementi con numero atomico da $Z = 21$ (scandio) a $Z = 30$ (zinco) nei quali avviene il progressivo riempimento dei cinque orbitali del sottoguscio $3d$.

Lantanidi (terre rare)

Serie di elementi chimici con numero atomico compreso tra $Z = 58$ (cerio) e $Z = 71$ (lutezio), caratterizzati dal progressivo riempimento del sottoguscio $4f$.

Attinidi

Serie di elementi chimici tutti radioattivi con numero atomico compreso tra $Z = 90$ e $Z = 103$ (laurenzio), caratterizzati dal progressivo riempimento del sottoguscio $5f$.