¿Son estas las formas de los orbitales reales?

Es la parte angular de los orbitales hidrogenoides: soluciones exactas para un electrón en el campo de Coulomb. En átomos polielectrónicos la parte radial es otra, pero las formas s, p y d siguen siendo un buen lenguaje para el enlace químico.

¿Por qué no está la parte radial?

En un potencial de simetría esférica las partes radial y angular se separan. Aquí se deja solo el ángulo, para ver los lóbulos y los planos nodales que importan en los ángulos de enlace.

¿Qué codifica el color?

El valor de |Y_ℓm|². Los tonos cálidos son mayor densidad angular; los fríos, menor. Las líneas oscuras son nodos, donde la densidad es cero.

¿Cómo se relacionan los lóbulos con la forma de las moléculas?

La direccionalidad de los orbitales p y d marca hacia dónde apuntan los enlaces. El solapamiento de lóbulos de átomos vecinos fija la multiplicidad y la geometría, desde el agua hasta los complejos de metales de transición; la hibridación es otro paso escolar.

Formas de los orbitales atómicos

Mapa de color plano de |ψ|² para distribuciones angulares tipo s, p y d (modelo escolar, no un cálculo de Hartree-Fock).

Sobre el modelo

Las formas de los orbitales atómicos muestran la densidad de probabilidad de hallar el electrón cerca del núcleo. La parte angular de la función de onda hidrogenoide la describen los armónicos esféricos Y_ℓm(θ, φ); en el plano se muestra el cuadrado del módulo |Y_ℓm|² para s (ℓ = 0), p (ℓ = 1) y d (ℓ = 2). El color codifica la densidad angular; se omite la parte radial R_nl(r), así que no hay nodos radiales. Los planos nodales son líneas de probabilidad nula (en p, uno; en una d típica, dos). Es un corte escolar, no un cálculo de Hartree-Fock: en átomos polielectrónicos el radio se deforma, pero las formas angulares siguen parecidas y marcan la direccionalidad del enlace.

Para quién: Bachillerato y química general: estructura atómica; curso introductorio de mecánica cuántica.

Conceptos clave

orbital atómico
función de onda
densidad de probabilidad
número cuántico orbital
plano nodal
armónicos esféricos
nube electrónica

Cómo funciona

Mapa de color de |ψ|² en el plano para distribuciones angulares tipo s, p y d. Los lóbulos y los nodos son cualitativos; el decaimiento radial está simplificado y los números no son espectroscópicos.

Preguntas frecuentes

¿Son estas las formas de los orbitales reales?: Es la parte angular de los orbitales hidrogenoides: soluciones exactas para un electrón en el campo de Coulomb. En átomos polielectrónicos la parte radial es otra, pero las formas s, p y d siguen siendo un buen lenguaje para el enlace químico.
¿Por qué no está la parte radial?: En un potencial de simetría esférica las partes radial y angular se separan. Aquí se deja solo el ángulo, para ver los lóbulos y los planos nodales que importan en los ángulos de enlace.
¿Qué codifica el color?: El valor de |Y_ℓm|². Los tonos cálidos son mayor densidad angular; los fríos, menor. Las líneas oscuras son nodos, donde la densidad es cero.
¿Cómo se relacionan los lóbulos con la forma de las moléculas?: La direccionalidad de los orbitales p y d marca hacia dónde apuntan los enlaces. El solapamiento de lóbulos de átomos vecinos fija la multiplicidad y la geometría, desde el agua hasta los complejos de metales de transición; la hibridación es otro paso escolar.

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