Une orbitale atomique est une région de l’espace autour du noyau d’un atome où se trouve un électron. L’emplacement exact ne peut être approché qu’en utilisant les lois de probabilité. Les orbitales atomiques occupent des zones sphériques autour du noyau en trois dimensions, de sorte que les électrons ne tournent pas autour du noyau comme une planète tourne autour d’une étoile. Il existe également différentes formes d’orbitales; un type qui entoure symétriquement le noyau d’un atome et un autre qui s’étend dans différentes directions de chaque côté du noyau. Chaque orbitale atomique, quel que soit son type, est située à différents niveaux d’énergie qui s’étendent plus loin du noyau, le niveau d’énergie le plus bas étant le plus proche.
Lorsqu’un niveau d’énergie entoure le noyau, cela s’appelle une orbitale s, et lorsque l’orbitale s’étend de chaque côté, elle est identifiée comme une orbitale ap. Il existe également diverses autres formes d’orbitales atomiques, qui aident à décrire la nature des électrons comme des ondes entourant un noyau. Les atomes avec un seul électron sont structurés comme une planète avec une atmosphère, et les atomes avec de nombreux électrons semblent être entourés d’un nuage d’électrons. Les électrons proches du noyau ont des énergies plus faibles, tandis que les orbitales deviennent plus complexes à des niveaux d’énergie plus élevés plus éloignés du noyau.
Un nombre quantique est utilisé pour définir les états d’énergie des électrons, et les électrons modifient les niveaux d’énergie en émettant ou en absorbant de l’énergie. À un moment donné, l’état d’un atome est déterminé en analysant sa configuration électronique, qui peut changer au fur et à mesure qu’il interagit avec d’autres atomes et molécules de l’environnement. Il y a jusqu’à trois orbitales p à n’importe quel niveau, à l’exception de la première autour du noyau, et plus le niveau d’énergie est élevé, plus l’orbitale est allongée. Chaque orbitale atomique contient deux électrons qui se différencient par la direction de leur spin.
Dans les atomes impliqués, chaque orbitale atomique interagit lors de la formation de molécules et de composés. Dans les orbitales atomiques à combinaison linéaire, deux atomes ou plus peuvent partager des électrons entre les orbitales de chacun. La théorie des orbitales atomiques d’hybridation décrit la forme d’une molécule lorsqu’elle est liée par un atome plutôt que par quelques-uns. Il peut inclure la combinaison des orbitales s et p et le nombre d’électrons est également indiqué. L’orbitale atomique de chaque électron dans un atome est étudiée par des experts en mécanique quantique pour comprendre la complexité des atomes et leur interaction.