1.4.5   Graficzny zapis orbitalu

Obrazem graficznym orbitalu jest fragment przestrzeni, w której prawdopodobieństwo znalezienia elektronu jest duże. Każdy orbital ma inny kształt i orientację przestrzenną (rys. 9-11), a zajmujący go elektron charakteryzuje się inną energia. Orbitale typu s mają kształt kuli.

Rysunek 9. Orbital typu s.

Pozostałe orbitale wykazują orientację przestrzenną, co znaczy, że niektóre kierunki w przestrzeni charakteryzują się wyższym prawdopodobieństwem spotkania elektronu. Np.: kształt orbitali p przypomina sferyczne ósemki nabite na poszczególne osie współrzędnych (rys. 10).

Rysunek 10. Orbitale typu p.

Istnieje znaczne prawdopodobieństwo spotkania elektronu wewnątrz tego orbitalu, niż na zewnątrz. Ale prawdopodobieństwo zajęcia orbitalu p_x, p_y lub p_z jest takie samo. Każda „ósemka” ma tę samą charakterystykę energetyczną; żadna z nich nie jest uprzywilejowana, prawdopodobieństwo obsadzenia każdej nich przez elektron jest dokładnie takie samo. Takie orbitale nazywa się zdegenerowanymi. Orbital p jest trójkrotnie zdegenerowany, ze względu na równocenność  energetyczną orbitali p_x, p_y i p_z. Analogicznie orbital d (rys.11) jest pięciokrotnie zdegenerowany, a f siedmiokrotnie.

Rysunek 11. Orbitale typu d.

Każdy orbital może pomieścić dwa elektrony. Muszą się one różnić liczbą spinową. Liczba spinowa s jest czwartą liczbą kwantową. Może przyjąć tylko dwie wartości: -1/2 lub +1/2. Na jednym orbitalu nie mogą się znajdować dwa elektrony o jednakowej liczbie spinowej. Zasada ta jest znana jako zakaz Pauliego: W atomie nie mogą znajdować się dwa elektrony charakteryzowane jednakowym zestawem liczb kwantowych.

Przedstawiając zakaz Pauliego stosuje się niekiedy „klatkowy” zapis orbitali. Zajęte orbitale są przedstawiane w postaci kwadratów zawierających strzałki o zwrotach zgodnych  lub przeciwnie skierowanych. Jest to umowny sposób przedstawiania elektronów o tych samych lub przeciwnych liczbach spinowych.  Zakaz Pauliego zabrania obecności dwu elektronów o tych samych spinach na jednym i tym samym orbitalu:

Prawidłowy zapis powinien wyglądać następująco:

Powyższy zapis odnosi się do orbitalu trójkrotnie zdegenerowanego zajętego przez 5 elektronów.