Un orbitale atomico è una regione di spazio attorno al nucleo di un atomo in cui si trova un elettrone. La posizione esatta può essere approssimata solo utilizzando le leggi della probabilità. Gli orbitali atomici occupano aree sferiche attorno al nucleo in tre dimensioni, quindi gli elettroni non orbitano attorno al nucleo come un pianeta orbita attorno a una stella. Esistono anche forme diverse per gli orbitali; un tipo che circonda simmetricamente il nucleo di un atomo e un altro che si diffonde in direzioni diverse su entrambi i lati del nucleo. Ogni orbitale atomico, indipendentemente dal suo tipo, è situato a diversi livelli di energia che si estendono più lontano dal nucleo, con il livello di energia più basso che è il più vicino.
Quando un livello di energia circonda il nucleo, viene chiamato orbitale s e quando l’orbitale si diffonde su entrambi i lati, viene identificato come orbitale ap. Esistono anche varie altre forme degli orbitali atomici, che aiutano a descrivere la natura degli elettroni come onde che circondano un nucleo. Gli atomi con un singolo elettrone sono strutturati come un pianeta con un’atmosfera e gli atomi con molti elettroni sembrano avere una nuvola di elettroni che li circonda. Gli elettroni vicino al nucleo hanno energie più basse, mentre gli orbitali diventano più complessi a livelli di energia più alti più lontani dal nucleo.
Un numero quantico viene utilizzato per definire gli stati energetici degli elettroni e gli elettroni cambiano i livelli di energia emettendo o assorbendo energia. In un dato momento, lo stato di un atomo è determinato analizzando la sua configurazione elettronica, che può cambiare quando interagisce con altri atomi e molecole nell’ambiente. Ci sono fino a tre orbitali p in qualsiasi livello, tranne il primo attorno al nucleo, e più alto è il livello di energia, più allungato è l’orbitale. Ogni orbitale atomico contiene due elettroni che si differenziano per la direzione del loro spin.
Negli atomi coinvolti, ogni orbitale atomico interagisce durante la formazione di molecole e composti. Negli orbitali atomici a combinazione lineare, due o più atomi possono condividere gli elettroni tra gli orbitali di ciascuno. La teoria degli orbitali atomici di ibridazione descrive la forma di una molecola quando è legata insieme da un atomo piuttosto che da pochi. Può includere la combinazione di entrambi gli orbitali s e p e viene indicato anche il numero di elettroni. L’orbitale atomico di ciascun elettrone in un atomo è studiato da esperti di meccanica quantistica per comprendere la complessità degli atomi e come interagiscono.