Quatro tipos de orbitais e suas formas

Os átomos são compostos por um núcleo pesado cercado por elétrons leves. O comportamento dos elétrons é governado pelas regras da mecânica quântica. Essas regras permitem que os elétrons ocupem regiões específicas chamadas orbitais. As interações dos átomos ocorrem quase exclusivamente por meio de seus elétrons mais externos, de modo que a forma desses orbitais se torna muito importante. Por exemplo, quando os átomos são colocados próximos uns dos outros, se seus orbitais mais externos se sobrepõem, eles podem criar uma forte ligação química; portanto, algum conhecimento da forma dos orbitais é importante para a compreensão das interações atômicas.

Os físicos descobriram que é conveniente usar abreviações para descrever as características dos elétrons em um átomo. A abreviatura é em termos de números quânticos; esses números podem ser apenas números inteiros, não frações. O número quântico principal, n, está relacionado à energia do elétron; então há o número quântico orbital, l, e o número quântico do momento angular, m. Existem outros números quânticos, mas eles não estão diretamente relacionados com a forma dos orbitais. Orbitais não são órbitas, no sentido de serem caminhos ao redor do núcleo; em vez disso, eles representam as posições onde o elétron é mais provável de ser encontrado.

Para cada valor de n, há um orbital onde l e m são iguais a zero. Esses orbitais são esferas. Quanto mais alto o valor de n, maior a esfera - ou seja, mais provável é que o elétron seja encontrado mais longe do núcleo. As esferas não são igualmente densas por toda parte; eles são mais como conchas aninhadas. Por razões históricas, isso é chamado de orbital s. Por causa das regras da mecânica quântica, os elétrons de menor energia, com n = 1, devem ter le m iguais a zero, então o único orbital que existe para n = 1 é o orbital s. O orbital s também existe para todos os outros valores de n.

Quando n é maior que um, mais possibilidades se abrem. L, o número quântico orbital, pode ter qualquer valor até n-1. Quando l é igual a um, o orbital é chamado de orbital p. Os orbitais P parecem halteres. Para cada l, m vai de l positivo para l negativo em etapas de um. Portanto, para n = 2, l = 1, m pode ser igual a 1, 0 ou -1. Isso significa que existem três versões do orbital p: uma com halteres para cima e para baixo, outra com halteres da esquerda para a direita e outra com halteres em ângulos retos com os outros. Existem orbitais P para todos os números quânticos principais maiores que um, embora tenham estrutura adicional à medida que n fica mais alto.

Quando n = 3, então l pode ser igual a 2, e quando l = 2, m pode ser igual a 2, 1, 0, -1 e -2. Os orbitais l = 2 são chamados orbitais d, e há cinco orbitais diferentes correspondentes aos diferentes valores de m. O orbital n = 3, l = 2, m = 0 também se parece com um haltere, mas com uma rosca no meio. Os outros quatro orbitais d parecem quatro ovos empilhados em uma extremidade em um padrão quadrado. As diferentes versões têm apenas os ovos apontando em direções diferentes.

Os orbitais n = 4, l = 3 são chamados de orbitais f e são difíceis de descrever. Eles têm vários recursos complexos. Por exemplo, on = 4, l = 3, m = 0; m = 1; e orbitais m = -1 têm a forma de halteres novamente, mas agora com dois donuts entre as pontas da barra. Os outros valores m se parecem com um pacote de oito balões, com todos os nós amarrados no centro.

A matemática que rege os orbitais de elétrons é bastante complexa, mas existem muitos recursos online que fornecem realizações gráficas dos diferentes orbitais. Essas ferramentas são muito úteis para visualizar o comportamento dos elétrons em torno dos átomos.