LE TRAIETTORIE, OGGI (SIGH)

Traiettoria può essere tante cose. Per esempio si può parlare di traiettoria di un sistema (la direzione in cui il sistema si sta evolvendo nell'un tempo famoso spazio delle fasi). Ma storicamente la traiettoria è quella dei corpi: come si muovono, ovvero velocità, direzione e verso. Cosa che continua ad essere del tutto attuale in materia di corpi celesti. Ma che circa un centinaio di anni fa è diventata obsoleta se si parla di elettroni che si muovono attorno il nucleo di un atomo.

Invece cosa esce se googli "atomo"? Esce questo

E questo è, a tutti gli effetti, un falso. Questo è più o meno l'atomo di Rutherford: gli elettroni che girano intorno al nucleo all'incirca come i pianeti girano attorno al sole.

La "scienza" online questa è. Ma non solo... cosa insegna un insegnante di scienze ai suoi allievi delle superiori? Che "gli elettroni ruotano attorno al nucleo... ogni elettrone segue una determinata triettoria circolare chiamata orbita stazionaria". Dei disgraziati si riducono a condividere gli appunti di un disgraziatissimo docente su skuola.net. Un disastro totale.

Un disastro totale però ben in linea con la temperie culturale neovittoriana che l'Italia sta vivendo . Perché?

Perché dai tempi di Niels Bohr buonanima i chimici sanno (o dovrebbero sapere) che parlare di traiettorie degli elettroni non ha senso, in primo luogo perché con le traiettorie è un po' difficile, che ne so, spiegare un legame π.

Volendo con le traiettorie potresti riuscire a spiegare il legame σ : due elettroni che prima ruotavano attorno ai loro nuclei ora orbitano attorno alla coppia di nuclei. Ma nel caso del legame π ... pensate al benzene: gli elettroni che orbitavano attorno ai singoli atomi corrono sopra e sotto un anello esagonale? Come? Perchè? Ovviamente parlando di combinazioni lineari tra funzioni d'onda le cose hanno molto più senso.

Una funzione d'onda esprime una densità di probabilità, quindi è abbastanza lontana dall'immagine di elettroni che girano come pianeti attorno a un nucleo che fa da sole. Quelle rappresentazioni grafiche con effetti di nuvola sono già più aderenti ai nostri modelli di struttura atomica e molecolare: elettroni delocalizzati in regioni di spazio (delocalizzazione figlia del principio di indeterminazione di Heisenberg, visto che agli orbitali corrisponde un numero quantico principale, n, che definisce l'energia degli elettroni che li occupano - nota l'energia, non nota la posizione). Quando un'orbitale sp3 dell'ossigeno e l'orbitale 1s dell'idrogeno si sovrappongono abbiamo due elettroni, uno dell'ossigeno e uno dell'idrogeno, condivisi tra i due atomi, un legame covalente nella molecola dell'acqua.

Eh, già, spiacente, cari pierangelisti. Gli elettroni non "girano" attorno al nucleo su orbite, ma sono delocalizzati attorno al nucleo in orbitali. Perché questo è molto poco "sexy" e "comunicabile"? Perché per il più semplice atomo (l'idrogeno) gli orbitali vengono fuori così:

Chiaramente va risolta per ottenere  ψ, che non descrive una traiettoria, ma una densità di probabilità.
Questa roba un chimico iniziava a interiorizzarla dal primo anno. E' una questione concettuale. Non calcolando funzioni d'onda, ma mettendole alla base di quel che succede nelle trasformazioni della materia aggregata. E scusate se è poco.