Figura. Formas fundamentales de los orbitales atómicos

Pulsa en la imagen para ver mejor. La figura resume las formas fundamentales de los orbitales atómicos correspondientes a los subniveles 1s, 2p, 3d y 4f, que representan las soluciones de menor energía de la ecuación de Schrödinger. Aunque los dibujos suelen emplearse como símbolos sencillos, cada orbital es en realidad una onda estacionaria de materia. En el caso de los orbitales s, la distribución de probabilidad mantiene siempre una forma aproximadamente esférica, independientemente del nivel principal. Sin embargo, esa esfera no permanece inmóvil: corresponde a una onda que vibra radialmente hacia el interior y el exterior del núcleo. Por ello, los orbitales 1s, 2s y 3s no son idénticos. Externamente todos conservan una apariencia esférica, pero internamente presentan una estructura ondulatoria cada vez más compleja.

El orbital 1s constituye la solución más sencilla y posee una única región principal de máxima probabilidad. Al aumentar el número cuántico principal, aparecen nuevos nodos radiales, es decir, superficies esféricas donde la probabilidad de encontrar al electrón es exactamente cero. Así, el orbital 2s presenta una oscilación adicional en su interior, mientras que el 3s incorpora otra más, generando una sucesión alternada de máximos y mínimos de la función de onda. Puede imaginarse como una esfera que vibra sobre sí misma, de manera semejante a una campana o a una burbuja esférica que desarrolla modos de vibración cada vez más complejos conforme aumenta la energía. Aunque desde el exterior todos los orbitales s parezcan iguales, su estructura interna revela claramente el carácter ondulatorio del electrón.

La figura también muestra que, al aumentar el momento angular orbital, aparecen nuevas geometrías correspondientes a los subniveles p, d y f. Los orbitales p presentan tres orientaciones espaciales perpendiculares; los d, cinco distribuciones más complejas; y los f, siete configuraciones con numerosos lóbulos. Sin embargo, estas imágenes representan únicamente las formas fundamentales de los niveles de menor energía. Los orbitales de niveles superiores mantienen la misma geometría general, pero desarrollan una estructura interna mucho más rica, incorporando nodos adicionales. De esta manera, la complejidad de las ondas estacionarias electrónicas aumenta progresivamente conforme crece el nivel energético del átomo.