Orbital atômico

 Nota: Para outros significados, veja Orbital.

Orbitais atómicas

Orbital atômico ^{(português brasileiro)} ou orbital atómica ^{(português europeu)} de um átomo é a denominação dos estados estacionários da função de onda de um elétron (funções próprias do hamiltoniano (H) na equação de Schrödinger $H\psi =E\psi$, em que $\psi$ é a função de onda). Entretanto, os orbitais não representam a posição exata do elétron no espaço, que não pode ser determinada devido à sua natureza ondulatória; apenas delimitam uma região do espaço na qual a probabilidade de encontrar o elétron é mais alta.

Números quânticos

• O valor do número quântico $n$ (número quântico principal ou primário, que apresenta os valores $1,~2,~3,~4,~5,~6~ou~7$ [também representado por $K,~L,~M,~N,~O,~P~e~Q$]) define o tamanho do orbital. Quanto maior o número, maior o volume do orbital. Também é o número quântico que tem a maior influência na energia do orbital.
• O valor do número quântico $l$ (número quântico secundário ou azimutal, que apresenta os valores $0,~1,~2,~...,~n-1$) indica a forma do orbital e o seu momento angular. O momento angular é determinado pela equação:

$|L|=\hbar \cdot {\sqrt {l(l+1)}}$

A notação científica (procedente da espectroscopia) é a seguinte:

• $l=0$, orbitais $s$
• $l=1$, orbitais $p$
• $l=2$, orbitais $d$
• $l=3$, orbitais $f$

Para os demais orbitais segue-se a ordem alfabética.

• O valor do $ml$ (número quântico terciário ou magnético, que pode assumir os valores $-l~...~0~...~+l$) define a orientação espacial do orbital diante de um campo magnético externo. Para a projeção do momento angular diante de um campo externo, verifica-se através da equação:

$L_{z}=\hbar \cdot m$

• O valor de $ms$ (número quântico magnético de spin ou spin) pode ser $+1/2~ou~-1/2$. O valor de $s$ que equivale a uma valor fixo $1/2$.

Pode-se decompor a função de onda empregando-se o sistema de coordenadas esféricas da seguinte forma:

$\psi _{n,~l,~ml}=R_{n,~l}(r)~\Theta _{l,~m_{l}}~(\theta )~\Phi _{m_{l}}(\varphi )$

Onde

• $R_{n,~l}~(~r)$ representa a distância do elétron até o núcleo, e
• $\Theta _{l,~m_{l}}~(\theta )~\Phi _{m_{l}}(\varphi )$ a geometria do orbital.

Para a representação do orbital emprega-se a função quadrada, $\left|\Theta _{l,~m_{l}}~(\theta )\right|^{2}$ $\left|~\Phi _{m_{l}}(\varphi )\right|^{2}$ , já que esta é proporcional à densidade de carga e, portanto, a densidade de probabilidade, isto é, o volume que encerra a maior parte da probabilidade de encontrar o elétron ou, se preferir, o volume ou a região do espaço na qual o elétron passa a maior parte do tempo.

Orbital s

O orbital $s$ tem simetria esférica ao redor do núcleo. Na figura seguinte, são mostradas duas alternativas de representar a nuvem eletrônica de um orbital $s$:

• Na primeira, a probabilidade de encontrar o elétron (representada pela densidade de pontos) diminui à medida que nos afastamos do núcleo.
• Na segunda, se apresenta o volume esférico no qual o elétron passa a maior parte do tempo.

Pela simplicidade, a segunda forma é mais utilizada.

Para valores de número quântico principal maiores que um, a função densidade eletrônica apresenta $n-1$ nós, nos quais a probabilidade tende a zero. Nestes casos, a probabilidade de encontrar o elétron se concentra a certa distância do núcleo.

Orbital p

A forma geométrica dos orbitais $p$ é a de duas esferas achatadas até o ponto de contato (o núcleo atómico) e orientadas segundo os eixos de coordenadas. Em função dos valores que pode assumir o terceiro número quântico $m(-1,~0~e~+1)$, obtém-se três orbitais $p$ simétricos, orientados segundo os eixos $x,~z~e~y$. De maneira análoga ao caso anterior, os orbitais $p$ apresentam $n-2$ nós radiais na densidade eletrónica, de modo que, à medida que aumenta o valor do número quântico principal, a probabilidade de encontrar o elétron afasta-se do núcleo atômico.

Orbital d

Os orbitais $d$ tem uma forma mais diversificada: quatro deles têm forma de 4 lóbulos de sinais alternados (dois planos nodais, em diferentes orientações espaciais), e o último é um duplo lóbulo rodeado por um anel (um duplo cone nodal). Seguindo a mesma tendência, apresentam $n-3$ nós radiais.

Ver também

• Hibridização