El Rinconcito de la Química ~ Orbitales Atómicos [Parte 1]

Un orbital atómico es una función matemática que describe el comportamiento parecido a una onda tanto de un electrón como de un para de ellos en un átomo. Como funciones matemáticas, pueden usarse en combinaciones lineales (es decir, pueden sumarse y restarse). Esta función puede ser usada para calcular la probabilidad de encontrar el electrón en cualquier zona dentro del núcleo atómico. Estas funciones pueden servir como gráficas tridimensionales de la localización más probable del electrón. El término puede referirse directamente a la región física definida por dicha función. Específicamente los orbitales atómicos son los posibles estados cuánticos de un electrón individual en el grupo de átomos alrededor de un único átomo.

A pesar de la obvia analogía de planetas alrededor de un sol, los electrones no pueden ser descritos como partícula sólidas y además raramente los orbitales atómicos se parecen a la trayectorias elípticas de los palnetas. Una comparación más acertada puede ser la de una extensa aunque de extraña forma atmósfera (el electrón), distribuída alrededor de un relativo pequeño planeta (el núcleo atómico). Los orbitales atómicos describen exactamente la forma de esta atmósfera solamente cuando un único electrón está presente en eñ átomo. Cuando se añaden más electrones, éstos tienden a rellenar un volumen en el espacio cerca del núcleo de forma que el grupo resultante (en ocasiones llamado "nube electrónica") pasa a adquirir una forma más o menos esférica, describiendo la zona de probabilidad donde los electrones pueden ser encontrados.

Los orbitales atómicos más simples son aquellos en un átomo con un electrón, como en el átomo de hidrógeno. Un átomo de cualquier otro elemento ionizado hasta quedarse con un electrón es muy similar al hidrógeno, y los orbitaels toman la misma forma (de ahí que reciban el nombre de átomos/orbitales hidrogenoides).

Para átomos con dos o más electrones, las equaciones pertinentes solamente pueden ser resueltas con métodos iterativos. Sin embargo, los orbitales de átomos multielectrónicos son qualitativamente similares a los del hidrógeno, y en los modelos más simples, se suponen con la misma forma. Para análisis más rigurosos y precisos se deben usar las aproximaciones numéricas.

Un orbital atómico (hidrogenoide) se identifica con unos valores de tres números cuánticos: n, l y ml. Las reglas de restricción de los valores adquiridos por los números cuánticos y sus energías explican la configuración electrónica de los átomos en la tabla periódica.

n puede tomar cualquier valor entero positivo, aunque a mayor número representa mayor energía y mayor inestabilidad. l puede tomar valores desde 0 hasta n-1, este número cuántico determina la forma del orbital: l=0 se representa como "s" y son orbitales de forma esférica, l=1 se representa por "p" s son orbitales con dos lóbulos, l=2 se representa por "d", l=3 se representa por "f" y a partir de l=4, "g" ya sigue orden de nomenclatura alfabético. El número cuántico ml va desde -l hasta +l pasando por 0 y en unidades enteras. Además existe el número cuántico ms, que para los electrones puede ser 1/2 o -1/2, que determina su estado de espín. No puede haber dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales.

El número cuántico n apareció por primera vez en el modelo atómico de Bohr. Determina, entre otras cosas, las distancia del electrón al núcleo; todos los electrones con el mismo valor de n están a paroximadamente la misma distancia. La mecánica cuántica moderna confirma que estos orbitales esán íntimamente relacionados. Por esta razón, los orbitales con el mismo valor de n se dice que forman una "capa". Los orbitales con el mismo valor de n y el mismo valor de l están todavía más ligados, y se dice que forman una "subcapa".