Formas y energías de los orbitales atómicos

Los orbitales atómicos, que son funciones matemáticas, describen el comportamiento de onda de los electrones (o pares de electrones) en un átomo. Proporcionan un método para calcular la probabilidad de encontrar un electrón en una determinada ubicación del núcleo del átomo. Hay cuatro tipos de orbitales, cada uno con una forma diferente y designados por las letras s, p, d y f. Se tienen en cuenta los orbitales s y p porque son los más abundantes en química química y biológica. Un orbital s tiene un núcleo esférico en el centro, un orbital p tiene forma de mancuerna y cuatro de los cinco orbitales d tienen forma de hoja de trébol. El quinto orbital d tiene la forma de una mancuerna larga con una rosquilla en el centro. Los orbitales de un átomo están organizados en capas o capas de electrones.

¿Qué son los orbitales atómicos?

Un átomo, según el modelo atómico cuántico, puede tener un número infinito de orbitales. Estos orbitales se pueden clasificar según su tamaño, forma u orientación. Un orbital más estrecho significa que hay una mejor probabilidad de atrapar un electrón cerca del núcleo. La función de onda orbital, a menudo conocida como, es una función matemática que se utiliza para expresar las coordenadas de un electrón. La probabilidad de localizar un electrón está representada por el cuadrado de la función de onda orbital. Esta función de onda también ayuda en la creación de diagramas de superficie límite.

Forma del orbital s

1. El diagrama de la superficie del límite orbital s se parece a una esfera con el núcleo en el centro, que se puede mostrar en dos dimensiones como un círculo.
2. Los orbitales S son esféricamente simétricos, lo que significa que la probabilidad de encontrar un electrón a una distancia determinada es la misma en todas las direcciones.
3. Asimismo, se muestra que el tamaño del orbital s aumenta a medida que aumenta el valor del número cuántico primario (n); por tanto, 4s > 3s > 2s > 1s.
4. El punto nodal es un lugar donde no hay posibilidad de ubicar el electrón. Los Nodes se clasifican en dos tipos: Nodes radiales y Nodes angulares. La distancia desde el núcleo se calcula mediante los Nodes radiales, mientras que la orientación se determina mediante los Nodes angulares.

Forma del orbital p

1. Los orbitales p se forman como pesas.
2. El Node orbital p está ubicado en el centro del núcleo.
3. Debido a la presencia de tres orbitales, el orbital p puede ocupar un máximo de seis electrones.
4. Cada orbital p se compone de dos partes conocidas como lóbulos que se encuentran a ambos lados del plano que atraviesa el núcleo.
5. Cada orbital p tiene partes conocidas como lóbulos a cada lado del plano que atraviesa el núcleo. En el plano donde se cruzan los dos lóbulos, la probabilidad de encontrar un electrón es nula.
6. Los tres orbitales se conocen como orbitales degenerados porque tienen el mismo tamaño, forma y energía.
7. La única diferencia entre los orbitales es la orientación de los lóbulos. Debido a que los lóbulos están orientados a lo largo del eje x, y o z, reciben los nombres 2 _px , 2 _py y 2 _pz . La fórmula n –2 se utiliza para calcular el número de Nodes.
8. De manera similar a los orbitales s, el tamaño y la energía de los orbitales p aumentan a medida que aumenta el número cuántico primario (4p > 3p > 2p).

Forma de orbital d

1. Para los orbitales d, el número cuántico del orbital magnético se da como (-2,-1,0, 1,2). Como resultado, podemos afirmar que hay cinco orbitales d.
2. Estos orbitales se denotan con los símbolos d _xy , d _yz , d _xz , d _{x ² –y ²} y d _{z ²} .
3. Las formas de los primeros cuatro orbitales d son similares entre sí, lo que difiere del orbital d _{z ²} , pero la energía de los cinco orbitales d es la misma.

Forma del orbital f

La forma del orbital f es dispersa. Debido a que el valor de l=3 para el orbital f, el valor mínimo del número cuántico primario n es 4. Los valores ml equivalentes para el orbital f son (-3,–2, –1, 0, +1, +2 , +3). Como resultado, hay siete orbitales f para l = 3.

Orbitales degenerados

Los orbitales degenerados son aquellos que tienen la misma energía. Estos orbitales son distintos (pueden estar orientados de manera diferente en el espacio alrededor del núcleo atómico), pero tienen la misma energía. En presencia de un campo externo, la degeneración del orbital p no se ve afectada; sin embargo, la degeneración de los orbitales f y d se puede romper aplicando un campo externo al sistema (ya sea eléctrico o magnético).

Pocos orbitales tendrán mayor energía, mientras que otros tendrán menor energía. La degeneración ya no existirá en el sistema. Por ejemplo, los orbitales d están formados por cinco orbitales degenerados que tienen la misma energía.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Cómo funcionan los orbitales?

Responder:

Un orbital atómico es una expresión matemática que expresa el comportamiento ondulatorio de un electrón o un par de electrones en un átomo en la teoría atómica y la mecánica cuántica. Cada orbital ocupará un máximo de dos electrones, cada uno con su propia cantidad de espín.

Pregunta 2: ¿Cuántos orbitales hay?

Responder: 

Debido a que el subnivel s tiene solo un orbital, solo pueden estar presentes dos electrones. Debido a que el subnivel p comprende tres orbitales, pueden estar presentes un máximo de seis electrones. Debido a que el subnivel d comprende 5 orbitales, pueden estar presentes un máximo de 10 electrones. Y cada uno de los cuatro subniveles tiene siete orbitales que pueden contener un máximo de 14 electrones.

Pregunta 3: ¿Qué orbitales tienen la energía más alta?

Responder: 

El orbital 1s tiene la mayor cantidad de energía. La energía de un electrón es la cantidad de energía necesaria para sacarlo de la burbuja eléctrica del átomo.

Pregunta 4: ¿Cuál es la diferencia entre una capa y un orbital?

Responder: 

En un átomo, una capa es una colección de subcapas de la misma teoría cuántica de números, n. Cada uno de los orbitales tiene dos electrones, y los electrones en el mismo orbital tienen la misma definición de tamaño, tamaño del momento angular y número cuántico magnético.

Pregunta 5: ¿Qué es el enlace sigma y pi?

Responder: 

La superposición de orbitales atómicos crea enlaces sigma y pi. Los enlaces Sigma se crean al superponer lóbulos orbitales atómicos, mientras que los enlaces Pi se generan cuando un lóbulo orbital atómico se superpone a otro.