La teoria quantistica degli atomi
La meccanica quantistica è un metodo particolarmente efficace usato nella fisica moderna per descrivere i moti e le interazioni delle particelle su scala ridotta, come gli atomi. Le idee alla base di questa teoria sembrano spesso piuttosto strane. Alcune branche della fisica, come la meccanica o l'ottica, possono essere osservate a livello macroscopico nel mondo reale, ma il mondo microscopico del comportamento quantistico non è facile da comprendere per l'osservatore. Una sua caratteristica fondamentale afferma che sia generalmente impossibile, anche solo in linea di principio, misurare un sistema senza disturbarlo. Un esempio di questo comportamento è l'effetto fotoelettrico. Un grosso problema sollevato dal modello di Bohr consisteva nel fatto che gli elettroni venissero trattati come se fossero particelle esistenti in orbite definite con precisione. Basandosi sull'ipotesi di de Broglie che le particelle potessero avere un comportamento simile a quello ondulatorio, il fisico austriaco Erwin Schrödinger teorizzò che il comportamento degli elettroni negli atomi potesse essere spiegato trattandoli matematicamente come onde di materia. Questo modello, che ora è considerato la base della moderna comprensione dell'atomo, è noto come modello meccanico quantistico o modello meccanico ondulatorio.
Numeri quantici
Per descrivere il movimento e le traiettorie di ogni elettrone all'interno di un atomo, vengono utilizzati quattro numeri quantici. Di conseguenza, ogni elettrone in un atomo presenta un insieme unico di numeri quantici che identificano specifici gusci, sottogusci, orbitali e spin di elettroni. Volendoci attenere a una gerarchia, possiamo affermare che ogni guscio è costituito da uno o più sottogusci, e che ciascuno di questi è a sua volta formato da uno o più orbitali atomici.
Numero quantico principale, n
Il numero quantico principale descrive la distanza più probabile degli elettroni dal nucleo: più grande è il numero n, più lontano si trova l'elettrone dal nucleo. Le dimensioni dell'orbitale influenzano le dimensioni dell'atomo; n può essere qualsiasi numero intero positivo a partire da 1. Il valore di n identifica il guscio elettronico principale.
Numero quantico del momento angolare, l
Il numero quantico del momento angolare orbitale determina la forma di un orbitale. Ogni valore di l indica un sottoguscio specifico. Il valore di l dipende dal numero quantico principale. A differenza di n, il valore di l può essere zero. Può anche essere un numero intero positivo, ma non può essere maggiore di un numero in meno del numero quantico principale (n-1).
Numero quantico magnetico, m
Il numero quantico magnetico determina il numero di orbitali e il loro orientamento all'interno di un sottoguscio. Il suo valore dipende dal numero quantico del momento angolare orbitale l.
Numero quantico di spin, s
Il numero quantico di spin non dipende da un altro numero quantico. Indica la direzione di rotazione dell'elettrone e può avere uno spin di +1/2, rappresentato da ↑, o di -1/2, rappresentato da ↓.