Definición. A fin de poder comprender las configuraciones electrónicas de los átomos en su aspecto moderno necesitamos dar una noción sencilla del concepto de orbital atómico: Que definiremos como “la región del espacio ocupada por el electrón en el movimiento de traslación”. Llamada también reempes (región espacio energética de una manifestación probabilística electrónica) que se caracteriza mediante los 4 números cuánticos (n, I, m, s).
El principio de incertidumbre de Heisemberg basado en un gran número de hechos experimentales formuló su principio de indeterminación o de incertidumbre enunciando la “imposibilidad de conocer simultáneamente la energía y posición de cualquier partícula”. Ejemplo: el electrón, si se ilumina con rayos de longitud de onda, al recibir el impulso del fotón se hace saltar a otro nivel de energía o incluso puede ser capaz de hacerle salir del átomo. De este modo el electrón no se mueve ya en la órbita en que deseábamos observarlo.
El creador de la mecánica cuántica Schrödinger dice: el orbital es función de onda que depende de la mayor o menor amplitud.
Representación aproximada de un orbital
Números cuánticos. Tratando de interpretar la estructura del átomo a través de la mecánica cuántica se ha visto que se concreta a cuatro “números cuánticos” cuyo significado se resume:
n) Número cuántico principal. Indica niveles de energía correspondientes a un grupo de electrones. Todos ellos están formando una capa y sus valores son enteros n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Cuanto mayor sea este valor, más alejado se halla el electrón respecto al núcleo, o en otros términos mayor es su energía potencial y menor su estabilidad.
Los demás números cuánticos van afirmando a este principal. Este número cuántico principal define “el tamaño del átomo”.
L) Número Cuántico Secundario o Azimutal. Puede decirse que nos sirve para definir la forma de la órbita. En la teoría vectorial del átomo, la letra “L” representa la excentricidad de la órbita y en la mecánica ondulatoria expresa la forma esférica, lobular de los orbitales.
Sus valores oscilan desde O hasta N–1. Los valores de “L” L= 1, 2, 3, y se representan por las letras s, p, d, f, respectivamente. En los casos en que “L” = O (s) el orbital es esférico y cuando L = 1, 2, 3, (p, d, f) la distribución de carga es lobular.
M) Número cuántico magnético. Sirve para indicarnos el número de orientaciones que los orbitales pueden adoptar en el espacio. Puede tomar todos los valores enteros comprendidos entre +1 y – 1, incluido el 0 (cero) debiéndose hacer este cálculo para cada uno de los valores "L" incluidos en cada capa.
s) Número cuántico de Spin. Este cuarto número sirve para indicarnos el grado de libertad del electrón, consiste en la rotación alrededor de su propio eje, llamado Spin. Sus valores son: + 1/2 y – 1/2.
Con esta representación y el principio de exclusión de Pauli que establece “La imposibilidad de que dos electrones de un mismo átomo multielectrónico, tengan los cuatro números cuánticos iguales” a menos que difieran en uno de ellos.
Es importante también introducir un principio llamado de máxima multiplicidad, que nos sirve para aclarar algunas propiedades químicas de los elementos. Establece este principio que los electrones que componen cada subcapa (electrones s, p, d, f) se van ordenando de tal modo que en primer lugar se van formando todos los posibles orbitales de cada subcapa con un sólo electrón y sólo después comienzan a completarse con el segundo electrón que puede existir en cada uno de esos orbitales, vale decir que primero se completa el orbital “s” y luego “p”, “d” y “f”, el orbital de mayor energía es p, d, f, el de mayor potencia! es el orbital s, p, y el de mayor estabilidad es el orbital “s”.