Figura. Los orbitales atómicos

Los orbitales atómicos suelen representarse mediante cajas, una convención gráfica que facilita la construcción de la configuración electrónica. Es importante recordar que estas cajas no existen físicamente dentro del átomo. En realidad, cada una representa un orbital, cuya interpretación depende del modelo cuántico adoptado. Según la interpretación probabilística de Max Born, un orbital es una función de probabilidad que indica las regiones donde es más probable encontrar un electrón. Otras interpretaciones consideran que el orbital corresponde a una onda de materia extendida por el espacio. Aunque estas diferencias son fundamentales en física, en química general no trabajaremos con ese debate, sino con la forma en que los orbitales se organizan y se ocupan para construir las configuraciones electrónicas. Por esta razón, utilizaremos las cajas únicamente como un recurso visual para representar los distintos orbitales disponibles dentro de cada subnivel.

El número de cajas depende del subnivel considerado y está determinado por el número cuántico magnético (mₗ). El subnivel s posee un orbital, por lo que se representa con una sola caja. El subnivel p contiene tres orbitales, representados mediante tres cajas. El subnivel d está formado por cinco orbitales, mientras que el subnivel f contiene siete orbitales. Como cada orbital puede alojar un máximo de dos electrones, las capacidades máximas de estos subniveles son 2, 6, 10 y 14 electrones, respectivamente. Esta distribución deriva directamente de los valores permitidos para el número cuántico mₗ, cuyos posibles valores determinan cuántos orbitales diferentes existen dentro de cada subnivel.

Una vez conocida esta organización, es posible representar gráficamente el proceso de llenado de los orbitales. Cada caja simboliza un orbital disponible y cada flecha representa un electrón con uno de los dos posibles valores del espín. A partir de estas representaciones se aplican el principio de exclusión de Pauli y la regla de Hund, que determinan cómo deben distribuirse los electrones para alcanzar el estado fundamental del átomo. Aunque las cajas son solo una simplificación didáctica, constituyen una herramienta extraordinariamente útil para visualizar la estructura electrónica y comprender cómo se organizan los electrones antes de estudiar la formación de enlaces químicos, la geometría molecular y muchas otras propiedades de la materia.