Las trayectorias que describen los electrones alrededor del núcleo de un átomo, los orbitales, los lugares del espacio del átomos por dónde se desplazan, constituyen un aspecto fundamental en las reacciones químicas y en las estructuras atómicas y moleculares que conforman. El más sencillo es el orbital del único electrón que tiene el átomo de hidrógeno, que es esférico; sin embargo, a medida que los elementos tienen mayor cantidad de electrones, los orbitales que describen son cada vez más complejos.
La forma de los orbitales, así como otras propiedades de los electrones de los átomos, son sujeto de estudio de la mecánica cuántica. Esta teoría establece que parámetros físicos como la energía y la posición tienen valores definidos; no son parámetros continuos, como en la mecánica clásica, en que pueden tener cualquier valor. Por lo tanto, la energía de los electrones, al igual que los lugares por los que transitan en el espacio de los átomos, solo pueden tener valores definidos.
La energía y la posición de un electrón orbitando alrededor del núcleo de un átomo se describe mediante una función matemática llamada función de onda, que es una solución de la ecuación de Schrödinger. Esta función representa la probabilidad de que el electrón pueda encontrarse en una determinada posición en un cierto momento. La función que representa la probabilidad de que el electrón pueda encontrarse en una determinada posición en un cierto instante es el producto de cuatro funciones; tres están asociadas a la posición del electrón (una dependiente de la distancia al núcleo del átomo y las otras dos dependientes de coordenadas angulares) y la restante está asociada a la rotación del electrón. Estas funciones incluyen lo que se denomina números cuánticos, que son cuatro; el número cuántico principal n, asociado a la energía del electrón y que tiene valores enteros positivos; el número cuántico azimutal l; el número cuántico magnético ml, asociado a la orientación del momento angular del electrón, y el spin del electrón ms, asociado a su rotación.
El número cuántico azimutal l está asociado al momento angular del electrón (cantidad de movimiento angular; el producto de su masa por su velocidad de rotación), que se expresa en letras; s para l=0; p para l=1, d para l=2, f para l=3. La nomenclatura del número l con letras tiene su origen en el estudio de los espectros de los metales alcalinos; las líneas espectrales se agrupaban, por su nombre en inglés, en sharp (bien definidas; s), principal (principales; p), diffuse (difusas; d) y fundamental (fundamentales; f).
Fuente
J.J. Murrell, S.F.A. Kettle, J.M. Tedder. The Chemical Bond. Second Edition. John Wiley & Sons. 1985.
