Orbital atómico


Un orbital atómico (OA) es una función de onda monoelectrónica que, por lo tanto, describe el comportamiento de un único electrón en el contexto de un átomo.[1]​ Se obtiene en el marco de la Mecánica Cuántica aplicada al tratamiento de átomos (junto a la teoría atómica, constituye una de las bases de la Química Cuántica[2]​) y corresponde a una determinada solución particular espacial de la ecuación de Schrödinger independiente del tiempo para el caso de un electrón sometido al potencial coulombiano generado por el núcleo atómico (y los restantes electrones en átomos poli-electrónicos). La ecuación de Schrödinger que describe el comportamiento de un electrón en un átomo, tiene solución exacta únicamente para el caso del átomo de hidrógeno (extensible a iones atómicos a los que se les extraen todos los electrones menos uno, identificados como "átomos hidrogenoides"). El concepto de orbital atómico aplicado a un electrón en un átomo poli-electrónico es una aproximación, que se obtiene tras desacoplar el movimiento de cada par de electrones y tratarlos como si cada uno se moviera en un campo electrostático promedio (aproximación de Hartree-Fock).

En todos los casos el orbital atómico espacial queda definido por tres números cuánticos, que aparecen naturalmente en la solución general de la ecuación de Schrödinger atómica y señalan unívocamente a un estado electrónico específico. Esos tres números cuánticos hacen referencia a la energía total del electrón (, número cuántico principal), al módulo del momento angular orbital (, número cuántico de momento angular orbital) y al módulo de su proyección (, número cuántico magnético) sobre el eje z del sistema de referencia externo (laboratorio).


Representaciones 3D de Orbitales atómicos (arriba a la derecha) y moleculares (abajo a la derecha). A la izquierda se muestra el Diagrama de Moeller, gráfica mnemotécnica que ayuda a seguir la regla de Madelung a fin de construir la configuración electrónica (orden de llenado y ocupación de los orbitales, mostrado al pie de la figura) a partir del conocimiento del número atómico Z, siguiendo el siguiendo el Principio de Aufbau. Nota: se debe tener en cuenta que los orbitales atómicos son funciones de tres variables (la distancia al núcleo, r, y los dos ángulos, ). Las imágenes mostradas representan únicamente la componente angular de cada orbital que define su forma. El cambio de color en la escala de grises indica un cambio de signo en el OA y, según el caso, evidencia la presencia de superficies nodales, donde la función de onda se anula.