Cuatro tipos de orbitales y sus formas

Escrito por richard gaughan Google | Traducido por paula ximena cassiraga
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Cuatro tipos de orbitales y sus formas
Los orbitales representan las posiciones probables de los electrones alrededor de un átomo. (Ryan McVay/Photodisc/Getty Images)

Los átomos están compuestos de un núcleo pesado rodeado de electrones livianos. El comportamiento de los electrones está gobernado por las reglas de la mecánica cuántica. Estas reglas permiten que los electrones ocupen regiones específicas llamadas orbitales. Las interacciones de átomos son casi exclusivamente por sus electrones más externos, por lo que las formas de esos orbitales se torna muy importante. Por ejemplo, cuando los átomos se acercan entre sí, si sus orbitales más externos se superponen, crean un fuerte enlace químico; entonces, algún conocimiento de la forma de los orbitales es importante para entender las interacciones atómicas.

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Números y orbitales cuánticos

Los físicos han encontrado conveniente usar abreviaturas para describir las características de los electrones en un átomo. La abreviatura es en términos de números cuánticos; estos números sólo pueden ser números enteros, no fracciones. El número cuántico principal, n, está relacionado con la energía del electrón; luego, está el número cuántico orbital, l, y el número cuántico del momento angular, m. Hay otros números cuánticos, pero no se relacionan directamente con la forma de los orbitales. Los orbitales no son órbitas, en el sentido de ser rutas alrededor de núcleos; en su lugar, representan las posiciones donde es más probable que se encuentre el electrón.

Cuatro tipos de orbitales y sus formas
La estructura de la tabla periódica es un resultado directo de las reglas mecánicas cuánticas. (Hemera Technologies/PhotoObjects.net/Getty Images)

Orbital de orden más baja

Por cada valor de n, hay un orbital donde l y m son iguales a cero. Estos orbitales son esferas. Mientras más alto sea el valor de n, más grande será la esfera; es decir, que es más probable que el electrón se encuentre más lejos del núcleo. Las esferas no son igualmente densas a lo largo; es más probable que sean conchas anidadas. Por razones históricas, esto se llama orbital s. Debido a las reglas de la mecánica cuántica, los electrones de menos energía, con n=1, deben tener l y m igual a cero, por lo que el único orbital que existe para n=1 es el orbital s. El orbital s también existe para cada otro valor de n.

Orbitales p

Cuando n es mayor a uno, se abren más posibilidades. El número cuántico de orbital, l, puede tener cualquier valor hasta n-1. Cuando l equivale a uno, el orbital se llama orbital p. Los orbitales p se ven como pesas. Por cada l, m va de positivo a l negativo en pasos de uno. Entonces, para n=2, l=1, m puede equivaler a 1, 0 o -1. Esto significa que hay tres versiones del orbital p: uno con la pesa hacia arriba y hacia abajo, otro con la pesa de izquierda a derecha y otro con la pesa a ángulos rectos de los otros. Los orbitales p existen para todos los números cuánticos principales mayores a uno, aunque tienen una estructura adicional a medida que n aumenta.

Orbitales d

Cuando n=3, l puede equivaler a 2, y cuando l=2, m puede equivaler a 2, 1, 0, -1 y -2. Los orbitales l=2 se llaman orbitales d, y hay cinco tipos distintos correspondiendo a los diferentes valores de m. El orbital n=3, l=2, m=0 también se ve como una pesa, pero con una dona alrededor del medio. Los otros cuatro orbitales d se ven como cuatro huevos apilados por un extremo en un patrón de cuadrado. Las distintos versiones simplemente tienen huevos que apuntan en distintas direcciones.

Orbitales f

Los orbitales n=4, l=3 se llaman orbitales f y son difíciles de describir. Tienen muchas características complejas. Por ejemplo, los orbitales n=4, l=3, m=0, m=1 y m=-1 tienen también forma de pesas, pero ahora hay dos donas entre los extremos de la barra con pesas. Los otros valores de m se ven como un grupo de ocho globos, con todos sus nudos atados juntos en el centro.

Visualizaciones

Las matemáticas que gobiernan los orbitales de electrones son bastante complejas, pero hay muchos recursos en línea que proveen realizaciones gráficas de los distintos orbitales. Estas herramientas son muy útiles para visualizar el comportamiento de los electrones alrededor de los átomos.

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