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Il momento angolare di spin

La meccanica ondulatoria fornisce tre numeri quantici con i quali possiamo descrivere gli orbitali elettronici. Occorre però un quarto numero quantico. 2 scienziati proposero che alcune caratteristiche fino ad ora inspiegabili riguardanti il comportamento dello spettro dell’idrogeno diventassero comprensibili assumendo che un elettrone intorno al suo asse.
Esistono 2 possibilità di rotazione dello spin o spin elettronico. Queste due possibilità richiedono un quarto numero quantico, il numero quantico di spin elettronico (ms).
Il numero quantico di spin può assumere due valori: il valore più un mezzo (indicato anche con il simbolo ↑) oppure meno un mezzo (indicato con il simbolo ↓). Il valore di ms non dipende dagli altri numeri quantici.
Quanto detto per il quarto numero quantico è stato verificato attraverso un esperimento. L'esperimento è il seguente: viene vaporizzato dell'argento in un forno e un fascio di questi atomi di argento viene fatto passare attraverso un campo magnetico disomogeneo. Il fascio viene diviso in due. La spiegazione è la seguente

- Un elettrone, a causa del suo spin, genera un campo magnetico.
- Una coppia di elettroni con spin opposti non genera un campo magnetico.
Nel caso degli atomi multielettronici interviene un nuovo fattore: le mutue repulsioni tra gli elettroni. Dal momento che le posizioni degli elettroni non sono note, le repulsioni elettroniche possono essere solo approssimate, il che vuol dire che le soluzioni dell'equazione d'onda sono anch'esse approssimate. L'approccio che si usa consiste nel considerare gli elettroni, uno alla volta, dell'intorno definito dal nucleo e dagli altri elettroni. Così facendo, gli orbitali elettronici ottenuti sono dello stesso tipo di quelle ricavati nel caso dell'atomo di idrogeno; questi orbitali vengono detti idrogenoidi.
Negli atomi multielettronici è necessario considerare che:
- La forza di attrazione del nucleo sugli elettroni è aumenta all’aumentare della carica del nucleo;
- Le energie degli elettroni si abbassano all’aumentare del numero atomico dell’atomo.
È necessario poi considerare che gli elettroni presenti negli orbitali più vicini al nucleo creano uno scudo, ovvero schermano il nucleo per gli elettroni più lontani. Riducono quindi la capacità del nucleo di attirare gli elettroni più lontani, ovvero riducono l’efficacia della carica nucleare effettiva (Zeff).
La presenza di più di un elettrone richiede l'estensione del modello quantomeccanico imponendo:

- Un limite sul numero di elettroni permessi in un orbitale;
- Una più complessa sequenza delle energie degli orbitali.

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