La Meccanica Quantistica è una delle sezioni più importanti di Fisica e Chimica. Descrive le proprietà delle particelle atomiche e subatomiche. Orbitali e sottolivelli sono due parti di elettroni che trasportano atomi che sono spesso confusi tra loro. Anche se i due condividono alcune somiglianze, hanno proprietà diverse.
Orbitali vs sottolivelli
La differenza tra orbitali e sottolivelli è che gli orbitali sono spazi all'interno degli atomi che hanno la più alta probabilità di trasportare elettroni mentre i sottolivelli si riferiscono alla divisione dei livelli di energia trasportati dagli elettroni. In un atomo, un sottolivello è diviso in vari orbitali.
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 in 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.
Tabella di confronto tra orbitali e sottolivelli
| 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. | Predizione 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. Ci sono quattro tipi fondamentali di orbitali inclusi s, p, d e f-orbital. 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, che sono noti come stati di spin degli elettroni.
Man mano che gli orbitali si allontanano radicalmente dal nucleo, le loro dimensioni aumentano gradualmente ad ogni passo con conseguente aumento dei livelli di energia. 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 alto.
Le caratteristiche fisiche dell'orbitale, compresa la sua forma e dimensione, dipendono dal quadrato della funzione d'onda. Gli orbitali vicini al nucleo sono relativamente più stabili. Di conseguenza, hanno forme definite. Gli orbitali S sono di forma sfericamente 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 in 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 energetico 1 ha un solo orbitale s e quindi può trasportare solo due elettroni. D'altra parte, il sottolivello energetico 2 ha un orbitale s e tre orbitali p. Poiché un orbitale può trasportare solo 2 elettroni, il sottolivello energetico 2 ha la capacità di contenere 8 elettroni. Quando si passa al sottolivello 3, i livelli di energia e la capacità aumentano significativamente. Il sottolivello 3 ha cinque orbitali d aggiuntivi rispetto agli orbitali p. Il sottolivello 3 include 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 permettono di prevedere i legami chimici che l'atomo può formare con altri elementi.
Principali differenze tra orbitali e sottolivelli
Conclusione
La distribuzione degli elettroni attorno al nucleo è senza dubbio uno dei concetti più importanti della Meccanica Quantistica. Costituisce la base per la profondità del campo e ci permette di studiare come gli elettroni rimangono stabili mentre ruotano attorno al nucleo di un atomo. Sebbene orbitali e sottolivelli siano entrambi parti fondamentali della struttura atomica, vengono spesso confusi tra loro. Ciò è dovuto alla stretta interrelazione che i due hanno tra loro.
La struttura atomica degli elementi è studiata sulla base costruita dal modello di un atomo di Bohr, proposto da Neil Bohr nel 1915. Sebbene ci fossero alcune limitazioni nel modello di Bohr, spiegava ancora chiaramente il nucleo di un atomo, i livelli di energia e rotazione stabile degli elettroni attorno al nucleo. Quattro postulati sono stati derivati dal modello di Bohr per studiare le strutture atomiche di tutti gli elementi.
Mentre i sottolivelli sono confini definiti a raggi costanti dal nucleo, direttamente non trasportano elettroni in essi. I sottolivelli sono ulteriormente suddivisi in orbitali che portano gli elettroni al loro interno. Poiché ogni sottolivello ha un numero diverso di orbitali, anche la capacità, i livelli di energia e la stabilità variano con i sottolivelli.
