Orbitali
Nella teoria atomica un orbitale è
una regione, che circonda un nucleo atomico, nella quale è più probabile
trovare un elettrone associato con l'atomo. Un orbitale, anche se è più
una rappresentazione matematica che una realtà fisica, viene generalmente
visualizzato con una nube di forma e dimensioni particolari e caratteristiche
determinate, in generale, dal livello di energia dell'elettrone.
La rappresentazione classica proposta da Niels Bohr nel 1913, nella quale
gli elettroni circondano il nucleo trovandosi su orbite ben definite, si
dimostrò ben presto inadeguata per spiegare certe complesse proprietà
atomiche. Verso la fine degli anni Venti Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger,
Paul Dirac e altri svilupparono una teoria quantistica più avanzata (v.
meccanica quantistica), che teneva conto della scoperta del fatto che gli elettroni
possono avere proprietà ondulatorie. Una complicata trattazione
matematica dell'atomo condusse ad un modello che permetteva ad un elettrone di
trovarsi ad una qualsiasi distanza dal suo nucleo. Il modello è costruito in
base alle leggi della probabilità; per ogni atomo esiste una probabilità
piccola ma finita che qualcuno dei suoi elettroni si trovi alla distanza di
molti metri. Ovviamente è molto più probabile che gli elettroni si trovino
nelle immediate vicinanze del nucleo. Un orbitale di un particolare elettrone è
la regione entro la quale c'è la probabilità del 95% circa di trovare
l'elettrone. Tra questa regione e la zona entro la quale la probabilità sale al
99% esiste pochissima differenza.
Poiché nessun orbitale può contenere più di due elettroni (per il principio
di esclusione di Pauli) il numero degli
orbitali di un atomo cresce con il numero atomico. Gli orbitali di più
bassa energia di ciascuno strato elettronico (orbitali s) sono sfere cave di
spessore piuttosto maldefinito. Gli orbitali di energia superiore (p, d ed f)
hanno forme lobate più complesse. Si ritiene che i legami covalenti derivino
dalla sovrapposizione di orbitali, che consente a due nuclei di mettere in
compartecipazione una coppia di elettroni.
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