Les orbitales s, p et d

Des formes dictées par le nombre l

La forme d'une orbitale est fixée par le nombre quantique secondaire l. Chaque type a une géométrie caractéristique, qu'on peut visualiser comme la « silhouette » du nuage de probabilité.

L'orbitale s (l = 0) : la sphère

L'orbitale s est sphérique : la probabilité de présence ne dépend que de la distance au noyau, pas de la direction. Le nuage entoure le noyau de façon parfaitement symétrique.

   Orbitale s (vue en coupe) :

           . : ' ' : .
         :  . ' ' ' .  :
        : . '  (+)  ' . :      <- symetrie spherique
        : . '       ' . :         (aussi dense dans
         :  . ' ' ' .  :             toutes les directions)
           ' : . . : '

L'orbitale p (l = 1) : l'haltère

L'orbitale p a la forme de deux lobes opposés, comme un haltère, avec un plan nodal au niveau du noyau (probabilité nulle exactement au centre). Il en existe trois orientations, selon les trois axes :

   Orbitale p (une des trois, ex. "pz") :

              ___
             /   \\
            | lobe |      <- lobe "+"
             \\___/
              (+)         <- noeud au noyau (proba nulle ici)
              ___
             /   \\
            | lobe |      <- lobe "-"
             \\___/

   Les trois orientations :   px (axe x), py (axe y), pz (axe z)

L'orbitale d (l = 2) : quatre lobes

Les orbitales d sont encore plus complexes, avec typiquement quatre lobes (formes en trèfle). Il en existe cinq orientations. On ne les détaille pas ici, mais on retient qu'elles apparaissent à partir de n = 3 et jouent un rôle clé pour les métaux de transition.

   Orbitale d (type "trefle") :

        lobe     lobe
           \\   /
            (+)          <- quatre lobes autour du noyau
           /   \\
        lobe     lobe

Récapitulatif des formes

   Type  l   Forme          Nb d'orientations   Nb d'electrons max
   ----  --  -------------  -----------------   ------------------
   s     0   sphere              1                    2
   p     1   haltere             3                    6
   d     2   trefle (4 lobes)    5                   10
   f     3   complexe            7                   14

Le nombre d'électrons par type découle directement : (nombre d'orientations) × 2 (les deux spins). Ce sont ces capacités — 2, 6, 10, 14 — qui dessinent les blocs du tableau périodique (bloc s large de 2, bloc p de 6, bloc d de 10, bloc f de 14).

En résumé

La forme de l'orbitale dépend de l : s (l=0) est sphérique, p (l=1) a la forme d'un haltère à deux lobes (3 orientations), d (l=2) présente quatre lobes en trèfle (5 orientations). Le nombre d'électrons par type — 2, 6, 10, 14 — vient du nombre d'orientations multiplié par les deux spins, et détermine directement la largeur des blocs du tableau périodique.