Re: Orbitali atomici

From: Lorenzo Lodi <lodilory_at_tiscali.it>
Date: Sun, 8 Dec 2002 17:46:08 +0100

"Evolution" <evolution_at_math.it> ha scritto nel messaggio
news:131Z114Z129Z81Y1039026810X16581_at_usenet.libero.it...
>
> > Non ho ancora capito che senso preciso abbiano i ragionamenti che si
> > fanno in chimica riferiti alla forma degli orbitali atomici,
[...]
> Rispondo da quasi ignorante.
> Non sempre hanno un senso, e non sempre sono possibili, talvolta si
> formano legami molecolari non prevedibili dalla struttura degli orbitali
> atomici. Alcuni ragionamenti si giustificano in ambito perturbativo.

Ciao, ho cercato di approfondire un po' la faccenda che e' risultata
abbastanza complessa, ricollegandosi in parte a questioni delicate come il
rapporto tra chimica e fisica e alla riducibilita' delle leggi e dei
concetti della chimica (molecole, orbitali, ibrididizzazione, risonanza,
legame chimico, potere nucleofilo...) a quelli della fisica ed in
particolare della meccanica quantistica (in particolare credo che nella
quasi totalita' dei casi per MQ ci si riferisca alla MQ non relativistica
nella descrizione di Schroedinger e rapp. delle posizioni e con i campi e.m.
classici).
Premetto che io studio scienza dei materiali e di MQ ho seguito un solo
corso e quindi non ne so piu' di tanto.

Comunque sia ho trovato molti riferimenti, nessuno dei quali su libri di
testo ma solo
ed esclusivamente su articoli di riviste o sul web; in generale ho capito
che molte delle cose che si trovano sui libri di testo sono quantomeno
contestabili...
ad esempio un punto di partenza puo' essere:

E.R. Scerri, "The Failure of Reduction and How to Resist Disunity of the
Sciences in the Context of Chemical Education", Science & Education, 2000,
9, 405-425
( questo ed altri ineressanti aricoli si posono trovare nella pagina
dell'autore qui: http://www.chem.ucla.edu/dept/Faculty/scerri )

Scerri dice (pag. 411):
"To put the question starkly, how is it that chemistry has not been reduced
to quantum mechanics, nevertheless many chemistry textbooks begin with a
through treatment of quantum mechanics, atomic structure, electronic
configurations and the like? [--]
The view I will be advocating here is that chemical educators should
continue to use concepts like orbitals and configurations but only while
recognizing and emphasizing that these concepts are not directly connected
with orbitals as understood in modern quantum mechanics, but are in fact a
relic of the view of orbits in the so-called old quantum theory. One might
even consider calling them "chemists orbitals". [--]
In previous articles I sought to remind chemical educators that the orbital
concept which is so prevalent in chemistry is not underwritten by
theoretical physics, and in particular quantum mechanics, from which the
concept is commonly supposed to emerge. I implied that chemical educators
were mistaken in emphasizing atomic structure and quantum mechanics thus
putting physics before chemistry, since the orbital concept which chemists
concentrate their attention upon, does not in fact `exist'. [--] That is to
say, according to quantum mechanics � la Schroedinger and Heisenberg,
orbitals should not be regarded realistically although in the old quantum
theory, orbits, as they were termed, could be so interpreted. [--]
--we must cease to pretend that the chemists orbitals are the same as those
of the theoretical physicist. In other word we should continue to use the
highly productive paradigm of orbitals and configurations but only while
claiming it as a distinctly chemical paradigm, not one which is strictly
compatible with quantum mechanics.[--] My claim is that what chemists refer
to as an atomic orbital began as the theoretical term, orbit, which was
considered to refer in theoretical physics between approximately the years
1900 and 1925. Following the invention on quantum mechanics, physicists
realized that orbits do not refer to real entities in the world and the
advent of a probabilistic interpretation of electron motion led to the
adoption of the term orbitals. It would appear the while chemists have
adopted the probabilistic notion of electron motion in the form of orbital
they retain the ontological appeal of the older term orbit as an entity
which refers."

Ancora, in questo articolo:
J.F. Ogilvie, "The nature of chemical bond-1990. There Are No Such Things as
Orbitals!", Journal of Chemical Education, 1990, 67, 280-289
si trovano frasi come:

"All the space devoted to orbitals, aufbau principle, hydridazation,
electronegativity, resonance, sigma and pi bonds, hyperconjugation, HOMO,
LUMO inductive and mesomeric effects, and other babbage that burdens the
textbooks of general, inorganic, organic and (even) physics chemistry, and
the corresponding proportion of the curriculum and time in lecture and
tutorial classes, detracts from more instructive and accurate content about
chemical reactions, chemical substances and mixtures as materials."
Addirittura poco dopo dice:
"The qualitative (''hand waving'') explanation of molecular structure and
reactions based on orbitals and such ilk are not science (i.e. are nonsense)
and should consequently be completely discarded."

Ancora, leggendo articoli su giornali come il Journal of mathematical
chemistry, Foundation of Chemistry, HYLE, Journal of Chemical Education e
anche sull'American Journal of Physics ci si rende conto che rimangono
ancora tantissimi interrogativi di livello fondamentale riguardo sulla
chimica teorica.

In realta' dopo aver letto questi articoli invece di essere rassicurato
(inevitabilmente) ho piu' dubbi di prima sulla liceita' dei ragionamenti.

> La combinazione di orbitali p e' un orbitale p con una simmetria
> cilindrica
> in una nuova direzione.

hmm..., io contesto che:
1) uno stato generico del sistema non e' una autofunzione di H e L^2 ma una
sovrapposizione che dunque avra' caratteristiche di simmetria differente.
2) le funzioni d'onda vivono nello spazio 3N dimensionale (tralasciando lo
spin) delle configurazioni e non nello spazio fisico 3D e sono funzioni a
valori complessi. invece comunemente gli orbitali della chimica sono
trattati come funzioni a valori reali (perche' per le autofunzioni si
scelgono combinazioni a valori reali) dello spazio 3D che un atomo si
trascina dietro. Dunque che senso ha (ad es.) spacciare come spiegazione
quanto-meccanica il dire che si ha legame tra, poniamo, due atomi di C
allorche' i rispettivi orbitali p si sovrappongono nelle regioni con lo
stesso segno, e il corrispondente disegno? bah... :-?

ciao, Lorenzo
Received on Sun Dec 08 2002 - 17:46:08 CET

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