Os átomos são compostos de um núcleo pesado cercado por elétrons leves. O comportamento dos elétrons é governado pelas regras da mecânica quântica. Essas regras permitem que os elétrons ocupem regiões específicas chamadas orbitais. As interações dos átomos são quase exclusivamente através de seus elétrons mais externos, de modo que a forma desses orbitais se torna muito importante. Por exemplo, quando os átomos são colocados próximos uns dos outros, se seus orbitais mais externos se sobrepõem, eles podem criar uma forte ligação química; então, algum conhecimento sobre a forma dos orbitais é importante para entender as interações atômicas.

Números Quânticos e Orbitais

Os físicos descobriram que é conveniente usar taquigrafia para descrever as características dos elétrons em um átomo. A taquigrafia é em termos de números quânticos; esses números podem ser apenas números inteiros, não frações. O número quântico principal, n, está relacionado à energia do elétron; então há o número quântico orbital, l, e o número quântico do momento angular, m. Existem outros números quânticos, mas eles não estão diretamente relacionados à forma dos orbitais. Orbitais não são órbitas, no sentido de serem caminhos ao redor do núcleo; em vez disso, eles representam as posições onde o elétron é mais provável de ser encontrado.
Orbitais

Para cada valor de n, há um orbital onde ambos le são iguais a zero. Esses orbitais são esferas. Quanto maior o valor de n, maior a esfera - isto é, mais provável é que o elétron seja encontrado mais longe do núcleo. As esferas não são igualmente densas por toda parte; eles são mais parecidos com shells aninhados. Por razões históricas, isso é chamado de orbital. Por causa das regras da mecânica quântica, os elétrons de menor energia, com n = 1, devem ter tanto l como m igual a zero, então o único orbital que existe para n = 1 é o orbital s. O orbital s também existe para todos os outros valores de n.

P Orbitais

Quando n é maior que um, mais possibilidades se abrem. L, o número quântico orbital, pode ter qualquer valor até n-1. Quando l é igual a um, o orbital é chamado orbital p. Os orbitais P parecem um tipo de halteres. Para cada l, m passa de positivo para negativo em passos de um. Portanto, para n = 2, l = 1, m pode ser igual a 1, 0 ou -1. Isso significa que há três versões do orbital p: uma com o haltere para cima e para baixo, outra com o haltere da esquerda para a direita e outra com o haltere perpendicular a ambas as outras. Os orbitais P existem para todos os números quânticos principais maiores que um, embora tenham estrutura adicional à medida que n se eleva.

D Orbitais

Quando n = 3, então l pode ser igual a 2, e = 2, m pode ser igual a 2, 1, 0, -1 e -2. Os orbitais l = 2 são chamados de orbitais d, e há cinco diferentes correspondentes aos diferentes valores de m. O orbital n = 3, l = 2, m = 0 também se parece com um haltere, mas com um donut no meio. Os outros quatro orbitais parecem quatro ovos empilhados em um padrão quadrado. As diferentes versões só têm os ovos apontando em direções diferentes.
Orbitais F Os orbitais n = 4, l = 3 são chamados de orbitais f, e são difíceis de descrever. Eles têm vários recursos complexos. Por exemplo, o n = 4, l = 3, m = 0; m = 1; e m = -1 orbitals têm a forma de halteres novamente, mas agora com dois donuts entre as extremidades da barra. Os outros m valores parecem um feixe de oito balões, com todos os nós amarrados no centro.

Visualizações

A matemática que governa os orbitais de elétrons é bastante complexa, mas existem muitos recursos on-line que fornecem realizações gráficas dos diferentes orbitais. Essas ferramentas são muito úteis para visualizar o comportamento dos elétrons em torno dos átomos.