Los Orbitales Atómicos

Química General → Teoría Atómica → Orbitales Atómicos

Los Orbitales Atómicos:

Según el Modelo Atómico de Schrödinger los electrones son ondas de materia que se distribuyen en el espacio según la función de ondas (Ψ):
  

(δ²Ψ/δx²) + (δ²Ψ/δy²) + (δ²Ψ/δz²) + (8π²m/h²)(E-V)Ψ = 0

De esta manera, los electrones se distribuyen por el espacio en orbitales que son las regiones con una alta probabilidad de encontrarlos. 

Dicha probabilidad viene dada por el cuadrado de la función de ondas (Ψ²) que indica la densidad de probabilidad relativa del electrón. Esta función es independiente del tiempo, solamente de los números cuánticos:

• n → número cuántico principal. Indica los niveles de energía o capas. A mayor n, mayor tamaño del orbital. n toma los valores n =1,2,3,4...
• l → número cuántico del momento angular. Define la forma del orbital. Toma valores desde 0 hasta n-1. Según su valor tenemos las siguientes formas de orbitales:
• l=0: orbital s, l=1: orbital p, l=2: orbital d, l=3: orbital f, ... 
• m → número cuántico magnético. Define la orientación espacial del orbital. Valores desde -l hasta +l 
• s → número cuántico de espín (giro). Toma los valores -1/2 y +1/2.

Según la combinación de los números cuánticos tenemos los diferentes orbitales presentes en un átomo. A la combinación de todos los orbitales atómicos se le denomina corteza electrónica:

Estructura Orbital de la Corteza Electrónica
Capa o nivel 1 (n=1)  →	1s (l=0)
Capa o nivel 2 (n=2)  →	2s (l=0), 2p (l=1)
Capa o nivel 3 (n=3)  →	3s (l=0), 3p (l=1), 3d (l=2)
Capa o nivel 4 (n=4)  →	4s (l=0), 4p (l=1), 4d (l=2), 4f (l=3)
...	...

Normalmente los orbitales se representan por unas superficies tridimensionales que indican una alta probabilidad de encontrar un electrón. Los orbitales atómicos son los siguientes:

El orbital s

• Números cuánticos del orbital s: l=0 y m=0
• Por lo tanto existe 1 orbital s por cada capa o nivel de energía (n)
• El orbital s tiene forma esférica
• El orbital s aumenta de tamaño con el nivel de energía (n)
• Cada orbital s puede contener hasta un máximo de 2 electrones

El orbital p

• Números cuánticos del orbital p: l=1 y m= -1,0,+1
• Por lo tanto existen 3 orbitales p por cada capa o nivel de energía (n)
• Los orbitales p tienen forma de parejas de lóbulos que están orientados en cada uno de los 3 ejes (x, y, z)
• Cada pareja de lóbulos puede contener 2 electrones, por lo que en total, el orbital p puede contener un máximo de 6 electrones.

Orbital d

Números cuánticos del orbital d: 

•  l = 2 
• m = -2,-1,0,+1,+2

Por lo tanto existen 5 orbitales d por cada capa o nivel de energía (n).

Los orbitales d tienen formas diversas formadas por catro grupos de cuatro lóbulos cada uno, y un último formado por una pareja de lóbulos rodeada por un anillo. 

Cada uno de los 5 suborbitales d puede contener 2 electrones.

Por lo tanto, el orbital p puede contener un máximo de 10 electrones.



Orbital f

Números cuánticos del orbital f: l=3 y m= -3,-2,-1,0,+1,+2,+3

Por lo tanto existen 7 orbitales f por cada capa o nivel de energía (n).

Los orbitales f tienen formas diversas formadas por grupos lobulares y anillos. 

Cada uno de los 7 suborbitales d puede contener 2 electrones, por lo que en total, el orbital p puede contener un máximo de 14 electrones.




Niveles de Energía y Electrones:

Los electrones se distribuyen por la corteza electrónica siempre ocupando el orbital libre con la menor energía posible. Sea la corteza electrónica por capas de la siguiente manera:

•         ↙
• 1s    ↙  ↙
• 2s   2p    ↙   ↙
• 3s   3p   3d    ↙   ↙
• 4s   4p   4d   4f    ↙
• 5s   5p   5d   5f
• 6s   6p   6d

Entonces rellenamos diagonalmente de manera que el orden sería el siguiente:

• 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p...