Les atomes sont composés d'un noyau lourd entouré d'électrons légers. Le comportement des électrons est régi par les règles de la mécanique quantique. Ces règles permettent aux électrons d'occuper des régions spécifiques appelées orbitales. Les interactions des atomes sont presque exclusivement à travers leurs électrons les plus externes, de sorte que la forme de ces orbitales devient très importante. Par exemple, lorsque les atomes sont rapprochés les uns des autres, si leurs orbitales les plus externes se chevauchent, ils peuvent créer une forte liaison chimique; il est donc important de connaître la forme des orbitales pour comprendre les interactions atomiques.



























































La sténographie est en termes de nombres quantiques; ces nombres ne peuvent être que des nombres entiers, pas des fractions. Le nombre quantique principal, n, est lié à l'énergie de l'électron; alors il y a le nombre quantique orbital, l, et le nombre quantique du moment angulaire, m. Il existe d'autres nombres quantiques, mais ils ne sont pas directement liés à la forme des orbitales. Les orbitales ne sont pas des orbites, dans le sens d'être des chemins autour du noyau; à la place, ils représentent les positions où l'électron est le plus susceptible de se trouver.

S Orbitales

Pour chaque valeur de n, il y a une orbitale où l et m sont égaux à zéro. Ces orbitales sont des sphères. Plus la valeur de n est élevée, plus la sphère est grande, c'est-à-dire plus il est probable que l'électron se trouve plus loin du noyau. Les sphères ne sont pas également denses partout; ils ressemblent plus à des coquilles imbriquées. Pour des raisons historiques, cela s'appelle une orbitale s. En raison des règles de la mécanique quantique, les électrons de plus basse énergie, avec n = 1, doivent avoir l et m égaux à zéro, de sorte que la seule orbitale qui existe pour n = 1 est l'orbitale s. L'orbitale s existe aussi pour toute autre valeur de n.

P Orbitales

Quand n est plus grand qu'un, plus de possibilités s'ouvrent. L, le nombre quantique orbitaire, peut avoir n'importe quelle valeur jusqu'à n-1. Lorsque l est égal à un, l'orbitale est appelée une orbitale p. Les orbitales P ressemblent un peu à des haltères. Pour chaque l, m passe du positif au négatif l par pas de un. Donc, pour n = 2, l = 1, m peut être égal à 1, 0 ou -1. Cela signifie qu'il existe trois versions de l'orbitale p: l'une avec l'haltère de haut en bas, l'autre avec l'haltère de gauche à droite et l'autre avec l'haltère perpendiculaire aux deux autres. Les orbitales P existent pour tous les nombres quantiques principaux supérieurs à un, bien qu'ils aient une structure supplémentaire quand n devient plus élevé.

D Orbitales

Quand n = 3, alors l peut égaler 2, et quand l = 2, m peut égaler 2, 1, 0, -1 et -2. Les orbitales l = 2 sont appelées d orbitales, et cinq orbitales différentes correspondent aux différentes valeurs de m. L'orbitale n = 3, l = 2, m = 0 ressemble également à un haltère, mais avec un beignet autour du milieu. Les quatre autres orbitales ressemblent à quatre œufs empilés sur un carré. Les différentes versions ont juste les oeufs pointant dans des directions différentes.

F Orbitales

Les orbitales n = 4, l = 3 sont appelées f orbitales, et elles sont difficiles à décrire. Ils ont plusieurs caractéristiques complexes. Par exemple, le n = 4, l = 3, m = 0; m = 1; et m = -1 orbitales ont encore la forme d'haltères, mais maintenant avec deux beignets entre les extrémités de la barre. Les autres valeurs m ressemblent à un paquet de huit ballons, avec tous leurs nœuds liés au centre.

Visualisations

Les mathématiques régissant les orbitales électroniques sont assez complexes, mais il y a de nombreuses ressources en ligne qui fournissent des réalisations graphiques des différentes orbitales. Ces outils sont très utiles pour visualiser le comportement des électrons autour des atomes.