Ogni orbitale è indicato con un numero e una lettera.
Il numero indica il livello energetico dell’elettrone nell’orbitale. Così 1 si riferisce al livello energetico più vicino al nucleo; 2 si riferisce al livello energetico successivo più lontano, e così via.
La lettera si riferisce alla forma dell’orbitale. Le lettere vanno nell’ordine s, p, d, f, g, h, i, j, ecc. Le lettere s, p, d e f sono state assegnate per ragioni storiche che non ci riguardano. Tutto quello che dobbiamo fare è ricordare le forme che corrispondono ad ogni lettera.
Siccome un elettrone può teoricamente occupare tutto lo spazio, è impossibile disegnare un orbitale. Tutto quello che possiamo fare è disegnare una forma che includa l’elettrone per la maggior parte del tempo, diciamo il 95% del tempo. Chiamiamo questa forma il contorno del 95%.
ORBITALI s
Un orbitale s è sfericamente simmetrico attorno al nucleo dell’atomo, come una palla cava fatta di materiale piuttosto soffice con il nucleo al centro. Man mano che i livelli di energia aumentano, gli elettroni si trovano più lontani dal nucleo, quindi gli orbitali diventano più grandi. L’ordine di grandezza è 1s < 2s < 3s < …, come mostrato sotto.
Ora guardiamo una sezione trasversale di questi orbitali.
Se guardate attentamente, noterete che un orbitale 1s ha una densità di elettroni molto bassa vicino al nucleo, ma aumenta fino ad un massimo man mano che ci si allontana dal nucleo e poi diminuisce oltre il contorno. È un po’ come una palla da tennis vuota.
Un orbitale 2s è simile a un orbitale 1s, ma ha una sfera di densità elettronica dentro la sfera esterna, come una palla da tennis dentro un’altra. C’è una superficie tra le due sfere dove c’è zero probabilità di trovare un elettrone. Chiamiamo questa superficie un nodo o una superficie nodale.
Un orbitale 3s è ancora più grande, e ha tre nodi.
p ORBITALI
Non tutti gli elettroni abitano orbitali s. Al primo livello energetico, l’unico orbitale disponibile per gli elettroni è l’orbitale 1s. Tuttavia, al secondo livello, ci sono anche orbitali chiamati orbitali 2p oltre all’orbitale 2s.
A differenza di un orbitale s, un orbitale p punta in una direzione particolare. Quello mostrato qui sotto punta verso l’alto e verso il basso.
A qualsiasi livello energetico, abbiamo tre orbitali p assolutamente equivalenti che puntano reciprocamente ad angolo retto. A questi vengono dati arbitrariamente i simboli px, py e pz. Questo è semplicemente per comodità, perché ciò che si potrebbe pensare come la direzione x, y o z cambia costantemente mentre l’atomo ruzzola nello spazio.
Gli orbitali p al secondo livello energetico sono chiamati 2px, 2py e 2pz. Ci sono orbitali simili ai livelli successivi: 3px, 3py, 3pz, 4px, 4py, 4pz e così via.
Tutti i livelli tranne il primo hanno orbitali p.
d ORBITALI
Oltre agli orbitali s e p, ci sono altri due gruppi di orbitali che diventano disponibili per gli elettroni a livelli di energia più alti. Al terzo livello, c’è un insieme di cinque orbitali d (con forme e nomi complicati) oltre agli orbitali 3s e 3p (3px, 3py, 3pz). Al terzo livello ci sono in tutto nove orbitali.
I cinque orbitali 3d sono chiamati
3dxy
3dxz
3dyz
3dx² – y²
3dz²
Per dare un senso ai nomi, dobbiamo guardarli in due gruppi. Il primo gruppo contiene gli orbitali 3dxy, 3dxz e 3dyz. I nomi vi dicono che questi orbitali giacciono nel piano x-y, nel piano x-z e nel piano y-z, rispettivamente. Ogni orbitale ha quattro lobi, e ciascuno dei lobi punta tra due degli assi, non lungo essi.
Il secondo gruppo contiene gli orbitali 3dx² – y² e 3dz². I loro lobi puntano lungo i vari assi.
L’orbitale 3dx² – y² assomiglia esattamente al primo gruppo, tranne che i lobi puntano lungo gli assi x e y, non tra di essi.
Il 3dz² assomiglia a un orbitale p che indossa una ciambella attorno alla vita.
f ORBITALI
Al quarto livello e oltre, ci sono sette orbitali f oltre agli orbitali 4s, 4p e 4d.
Contando gli orbitali 4s, 4p e 4d, si arriva ad un totale di 16 orbitali nel quarto livello. Hanno forme ancora più complicate. Gli orbitali s, p, d e f sono disponibili anche a tutti i livelli di energia più alti. Fortunatamente, probabilmente non dovrai memorizzare le forme degli orbitali f. Ricorda solo che ci sono sette orbitali f in ogni livello dal livello 4 in poi.