¿Qué es un orbital P?

Un orbital p es el tipo de orbital atómico en el que se encuentra un electrón que está ubicado en el segundo subnivel más bajo de una capa electrónica o nivel principal de energía en un átomo determinado. En otras palabras, los orbitales p representan los segundos subniveles de energía dentro de cada capa o nivel de energía principal.

Según la teoría cuántica, los electrones en un átomo no pueden ubicarse en cualquier sitio, sino que están confinados a regiones del espacio denominadas orbitales atómicos. Estos orbitales están repartidos en diferentes niveles y subniveles de energía, y los orbitales p representan uno de dichos subniveles. De hecho, representan el segundo subnivel en orden creciente de energía. Otros tipos de orbitales atómicos son los orbitales s, d y f.

Como se verá más adelante, la p de orbital p viene de la palabra polar, y hace referencia al hecho de que los distintos orbitales p apuntan hacia los polos opuestos de los ejes de coordenadas cartesianas.

Números cuánticos del orbital p

Los orbitales atómicos vienen definidos por los tres primeros números cuánticos que son:

• n – Número cuántico principal o nivel de energía (puede asumir cualquier número natural del 1 en adelante, es decir 1, 2, 3, …)
• l – Número cuántico secundario o momento angular (solo puede asumir valores desde 0 hasta n-1)
• m_l – Numero cuántico magnético (solo puede asumir valores enteros entre –l y l)

Lo que define el tipo de orbital es el número cuántico secundario, l, o número del momento angular. La siguiente tabla muestra los valores de l para los distintos tipos de orbitales

Como se puede observar, los orbitales p se caracterizan por tener un momento angular igual a 1. Pero, para cada nivel de energía, el momento angular solo puede tomar valores que van desde 0 hasta n-1. Por esta razón, en el nivel n=1 no puede haber orbitales p, ya que, en dicho caso, l solo puede valer cero.

En pocas palabras, desde el nivel 2 en adelante podemos encontrar orbitales p, y estos se diferencian anteponiéndoles el valor de n (2p, 3p, 4p, etc.)

Forma del orbital p

Los orbitales atómicos describen una región en el espacio en la que es probable encontrar a un electrón girando en torno al núcleo. Dependiendo del tipo de orbital de que se trate, dicha región tendrá una forma particular. En el caso de los orbitales s, por ejemplo, se trata de una esfera, pero en el caso de los orbitales p, estos tienen forma de dos lóbulos o esferas achatadas con el núcleo entre las dos. Se puede imaginar a un orbital p como tomar dos globos de fiesta del mismo tamaño y amarrarlos por los extremos inferiores.

A pesar de que esta es la forma común como se representan los orbitales atómicos, es importante comprender que, en realidad, estos no tienen unas fronteras tan bien definidas como sugiere la imagen. De hecho, estas figuras corresponden a la zona donde es más probable encontrar al electrón, pero el mismo puede encontrarse fuera de esta región del espacio y aún estar en un orbital p.

Una manera más realista de ver a los orbitales p, es como una densidad de puntos que están más concentrados cerca del núcleo que se encuentran más separados a medida que nos alejamos del mismo. Esto se puede entender mejor al ver la siguiente figura.

Esta figura da una imagen más real de lo que es un orbital p. Como se puede observar, la densidad de los puntos es mayor en una región que tiene una forma similar a la que se muestra en la primera figura, pero no hay una frontera definida que encierra a un orbital p, ni a ningún otro orbital atómico, si al caso vamos.

Un punto clave con respecto a los orbitales p es que el plano que separa a los dos lóbulos es lo que se conoce como un plano nodal. Esto quiere decir que es la única región del espacio en la que un electrón p nunca puede estar (la probabilidad de encontrar un electrón p en el plano nodal es 0).

Orientación de los orbitales p

Los orbitales atómicos pueden tener distintas orientaciones dependiendo de su número cuántico magnético, m_l. Como para los orbitales p hay 3 posibles valores de momento magnético (-1, 0, +1), entonces hay 3 orbitales p diferentes que apuntan en tres direcciones distintas.

Estas orientaciones coinciden con las direcciones de los tres ejes de coordenadas cartesianas, x, y y z, por lo que a estos orbitales p se les denomina np_x, np_y y np_z, respectivamente (aquí n se refiere al nivel de energía) y se muestran en la siguiente figura.

Ejemplos de orbitales p

• 4p_x representa un orbital p en el cuarto nivel de energía (n=4) orientado a lo largo del eje x.
• 2p_z representa un orbital p en el segundo nivel de energía (n=2) orientado a lo largo del eje z.
• 3p_y representa un orbital p en el tercer nivel de energía (n=3) orientado a lo largo del eje y.

Referencias

Barradas S., Francisco (2016). Los orbitales en la educación química: un análisis mediante su representación gráfica. Tesis Doctoral. Recuperado de https://eprints.ucm.es/id/eprint/40501/1/T38136.pdf

Los números cuánticos (14 de enero de 2020). Recuperado de https://cursoparalaunam.com/los-numeros-cuanticos

Merriam-Webster. (s.f.). P orbital. En Merriam-Webster.com dictionary. Recuperado de https://www.merriam-webster.com/dictionary/p%20orbital

Orbitales atómicos y configuración de electrones. (29 de octubre de 2020). Recuperado de https://espanol.libretexts.org/@go/page/2310