Numero atomico e numero dei protoni = numero degli elettroni

Gli elettroni si muovono intorno al nucleo e , secondo il principio di indeterminazione di W. Heisenberg (1927) sul movimento dei corpuscoli, non si può calcolare con esattezza la loro posizione e la loro quantità di moto; così anche la velocità dell'elettrone si può calcolare con una precisione talmente bassa che non vi è possibilità di dimostrare sperimentalmente che esso abbia una traiettoria ben definitiva come volevano le prime teorie sulla struttura dell'atomo (E. Rutherford, 1911; N. Bohr, 1913). In effetti le moderne vedute sulla struttura dell'atomo portano a descrivere l'elettrone non più come una particella che ruota intorno al nucleo su un'orbita ben precisa, ma come una particella di natura ondulatoria (L. De Broglie, 1924). Un fascio di elettroni cioè ha la proprietà presentate dalle radiazioni (C. Davisson e L. Germer 1927) e nell'atomo l'elettrone risulta de-localizzato su un'onda stazionaria (esso si muove cioè casualmente individuandosi in vibrazioni la cui configurazione non muta con il tempo).

Nello spazio che circonda il nucleo, tale onda lo possiamo immaginare come una nuvola di elettricità che ha in ogni punto una certa densità di elettricità; questa densità è evidentemente proporzionale alla probabilità che ha l'elettrone di trovarsi in quel punto. Pertanto, quando si dice che l'elettrone si trova ad una certa distanza dal nucleo, in realtà questa non è l'unica distanza a cui esso si trova, ma è la distanza dove esiste la massima probabilità di trovare l'elettrone.
Gli elettroni in conseguenza al loro movimento posseggono una energia cinetica ed in conseguenza alla loro posizione nel campo elettrostatico del nucleo posseggono un'energia potenziale, che è tanto maggiore quanto più l'elettrone è lontano dal nucleo, la somma delle due forme di energia (energia totale) viene conservata inalterata dall'elettrone nel suo cammino, da qui nasce il concetto di stazionalità dell'onda associativa al movimento dell'elettrone.
Come altre forme di energia, Bohr disse che anche quella dell'elettrone deve essere quantizzata, cioè essa non può assumere tutti i valori possibili ma soltanto alcuni valori discreti, multipli interi di un valore minimo (quanto di energia). Da tutto ciò consegue che due elettroni che muovono a distanze diverse dal nucleo posseggono energie quantizzate diverse e che quello più lontano avrà un contenuto di energia maggiore di quello posseduto dall'elettrone più vicino al nucleo e sarà quest'ultimo elettrone ad essere attratto più fortemente dal nucleo; si dirà altre sì che il primo elettrone si trova ad un livello energetico maggiore di quello a cui si trova il secondo.
Le zone orbitali sono quelle in cui si ha più possibilità di trovare un'elettrone intorno al nucleo.
Semplificando si può dire che ciascun orbitale (e l'elettrone che vi si trova) può essere caratterizzato da:
a) un numero intero (1,2,3,4....) genericamente simboleggiato con n e detto numero quantico principale; questo numero indica la posizione quantizzata dall'elettrone rispetto al nucleo, cioè al suo aumentare aumenta la distanza media dell'elettrone dal nucleo, e definisce quelli che si chiamano strati o gusci o livelli di elettroni; in spettroscopia questi strati erano simboleggiati con le lettere K L M N O P Q rispettivamente per n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ; detto numero è correlabile principalmente all'energia dei livelli elettronici;
b) una lettera minuscola ( s p d f ) che indica i cosiddetti sottostrati o sottolivelli in cui si suddivide uno strato; questa lettera, oltre all'energia, definisce la forma e l'orientamento dell'orbitale, cioè della nuvola di elettricità dove si ha la maggiore probabilità di trovare l'elettrone.

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