Essas são as formas dos orbitais de verdade?

É a parte angular dos orbitais hidrogenoides — soluções exatas para um elétron no campo de Coulomb. No átomo polieletrônico a parte radial é outra, mas as formas s, p e d continuam uma boa linguagem para a ligação química.

Por que não aparece a parte radial?

Num potencial de simetria esférica as partes radial e angular se separam. Aqui fica só o ângulo, para ver os lóbulos e os planos nodais que importam nos ângulos de ligação.

O que a cor está codificando?

O valor de |Y_ℓm|². Tons quentes — maior densidade angular; frios — menor. As linhas escuras são nós, onde a densidade é zero.

Como os lóbulos se ligam à forma das moléculas?

A direcionalidade dos orbitais p e d marca para onde apontam as ligações. A sobreposição dos lóbulos de átomos vizinhos fixa a multiplicidade e a geometria — da água até os complexos de metais de transição; a hibridização é outro passo escolar.

Formas dos orbitais atômicos

Mapa de cores plano de |ψ|² para distribuições angulares tipo s, p e d (modelo escolar, não um cálculo de Hartree–Fock).

Sobre o modelo

As formas dos orbitais atômicos mostram a densidade de probabilidade de encontrar o elétron perto do núcleo. A parte angular da função de onda hidrogenoide é descrita pelos harmônicos esféricos Y_ℓm(θ, φ); no plano aparece o quadrado do módulo |Y_ℓm|² para s (ℓ = 0), p (ℓ = 1) e d (ℓ = 2). A cor codifica a densidade angular; a parte radial R_nl(r) fica de fora, por isso não há nós radiais. Os planos nodais são linhas de probabilidade nula (em p, um; numa d típica, dois). É um corte didático, não um cálculo de Hartree–Fock: no átomo polieletrônico o raio se deforma, mas as formas angulares continuam parecidas e marcam a direcionalidade da ligação.

Para quem: Ensino médio e química geral: estrutura atômica; curso introdutório de mecânica quântica.

Conceitos-chave

orbital atômico
função de onda
densidade de probabilidade
número quântico orbital
plano nodal
harmônicos esféricos
nuvem eletrônica

Como funciona

Mapa de cores de |ψ|² no plano para distribuições angulares tipo s, p e d. Lóbulos e nós são qualitativos; o decaimento radial está simplificado e os números não são espectroscópicos.

Perguntas frequentes

Essas são as formas dos orbitais de verdade?: É a parte angular dos orbitais hidrogenoides — soluções exatas para um elétron no campo de Coulomb. No átomo polieletrônico a parte radial é outra, mas as formas s, p e d continuam uma boa linguagem para a ligação química.
Por que não aparece a parte radial?: Num potencial de simetria esférica as partes radial e angular se separam. Aqui fica só o ângulo, para ver os lóbulos e os planos nodais que importam nos ângulos de ligação.
O que a cor está codificando?: O valor de |Y_ℓm|². Tons quentes — maior densidade angular; frios — menor. As linhas escuras são nós, onde a densidade é zero.
Como os lóbulos se ligam à forma das moléculas?: A direcionalidade dos orbitais p e d marca para onde apontam as ligações. A sobreposição dos lóbulos de átomos vizinhos fixa a multiplicidade e a geometria — da água até os complexos de metais de transição; a hibridização é outro passo escolar.

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