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Come già anticipato nell’articolo sulla Fisica Moderna, gli orbitali atomici sono le soluzioni dell’equazione di Schrodinger. Gli orbitali atomici vengono designati da un numero intero seguito da una lettera minuscola dell’alfabeto. Il numero da il valore al numero quantico n, la lettera quello del numero quantico l. Le lettere s, p, d, f, g, h, ecc… corrispondono rispettivamente a l = 0, 1, 2, 3, 4, 5, ecc… Man mano che ci si allontana dal nucleo, l’energia degli orbitali atomici aumenta, e la loro successione è la seguente:

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f,…

ma in realtà una simile progressione è valida solo per l’atomo di idrogeno, nel quale il solo atomo presente non è sottoposto alla repulsione elettrostatica degli altri elettroni. L’effettivo stato energetico degli orbitali atomici lo si ricava applicando il seguente schema:

Per un dato valore di n, gli orbitali atomici di tipo s, ossia quelli caratterizzati da l = 0, sono singoli; quelli di tipo p (l = 1) sono tre; quelli di tipo d (l = 2) sono cinque; quelli di tipo f (l = 3) sono sette. Il perchè si evince applicando le regole che determinano i numeri quantici. In assenza di un campo magnetico esterno i numeri quantici m ed ms non contribuiscono e quindi i tre orbitali atomici di tipo p sono isoenergetici così come lo sono i cinque d ed i sette f.
Nella seguente tabella vi riporto gli orbitali atomici per i primi tre valori permessi per il numero quantico principale:

Gli orbitali atomici vengono rappresentati con figure di solidi geometrici che interpretano, in senso modellistico, le soluzioni matematiche dell’equazione d’onda di Schrodinger. Ad esempio gli orbitali di tipo s (ossia quelli per cui l = 0) non contengono funzioni trigonometriche. Questo significa che la nuvola elettronica non è orientata in nessuna direzione e quindi l’elettrone ha un’uguale probabilità di trovarsi in una qualsiasi direzione radiale tracciata a partire dal nucleo. Ora, dato che la sola figura geometrica che non ha dipendenza angolare è la sfera, gli orbitali atomici di tipo s vengono appunto rappresentati da una sfera al centro della quale si trova il nucleo, mentre lo spazio compreso nella regione delimitata da questa figura racchiude il 90 - 95% della probabilità di trovare l’elettrone.

Ad essere precisi, la rappresentazione di orbitali atomici con figure di solidi geometrici non rispecchia affatto la realtà, in quanto l’onda elettromagnetica tridimensionale non può essere concretizzata con nessun disegno: è solo una comoda interpretazione delle soluzioni dell’equazione d’onda.

Il mondo dell’atomo, anche se è soggetto a leggi esprimibili matematicamente, non può, a rigore, essere rappresentato con nessun modello (ma questa è una mia opinione).

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