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O que é um orbital?

Passo 1

O enunciado pergunta “O que é um orbital?”, um conceito da mecânica quântica e da química quântica ligado às soluções da equação de Schrödinger para um elétron num átomo. Para responder, vamos precisar falar sobre função de onda, equação de Schrödinger independente do tempo e interpretação probabilística do estado quântico.

Passo 2

Na mecânica quântica, o estado de um elétron num átomo é descrito por uma função de onda \Psi(\mathbf r), que satisfaz a equação de Schrödinger independente do tempo:
\hat H\,\Psi(\mathbf r) = E\,\Psi(\mathbf r),
onde \hat H é o hamiltoniano do elétron no potencial nuclear e E a energia associada.

Passo 3

Ao resolver essa equação para átomos esféricos (como o de hidrogênio), obtemos um conjunto discreto de soluções \Psi_{n,\ell,m}(\mathbf r), cada uma caracterizada por três números quânticos: n (principal), \ell (azimutal) e m (magnético). Cada \Psi_{n,\ell,m} é uma função que depende de r, \theta e \varphi e se separa em parte radial e parte angular.

Passo 4

A interpretação de Born diz que |\Psi_{n,\ell,m}(\mathbf r)|^2 é a densidade de probabilidade de encontrar o elétron em \mathbf r. Portanto, um orbital é justamente essa função de onda \Psi_{n,\ell,m} (ou sua densidade de probabilidade) que define uma região do espaço onde o elétron tem maior chance de ser encontrado.

Resposta

Um orbital é uma solução própria \Psi_{n,\ell,m}(\mathbf r) da equação de Schrödinger para um átomo, caracterizada por números quânticos (n,\ell,m), de modo que |\Psi_{n,\ell,m}(\mathbf r)|^2 representa a densidade de probabilidade de encontrar o elétron naquela região do espaço.

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