Energie orbitali atomowych

Orbitale atomowe mają różne energie, co jest racjonalizowane przez oddziaływania kulombowskie, efekt ekranowania i penetrację orbity.

Prawo Coulomba wskazuje, że siła przyciągania lub odpychania między dwiema naładowanymi cząstkami ma relację odwrotną do kwadratu z odległością między nimi. 

Rozmiary orbitali atomowych zwiększają się wraz z liczbą powłok, a elektrony są odpychane od przestrzeni zajmowanej przez orbitale o niższej powłoce. Tak więc prawo Coulomba sugeruje, że wraz ze wzrostem liczby powłok elektrony doświadczają mniejszego przyciągania do jądra, co odpowiada wyższym energiom orbitalnym.

Ponadto elektrony, które znajdują się mniej więcej w tej samej odległości od jądra lub bliżej niego, mają efekt ekranowania, który dodatkowo zmniejsza przyciąganie do jądra. Im większe ekranowanie, tym mniejsze przyciąganie do jądra jest odczuwalne. Jest to jeden z powodów różnic w energiach orbitalnych w powłokach elektronowych. Na przykład elektrony 3s i 3p znacznie osłaniają elektrony 3d.

Efektywny ładunek jądrowy odczuwany przez elektron oblicza się, odejmując od liczby atomowej stałą ekranowania S, która zależy od liczby atomowej liczby ekranowanych elektronów i zajmowanych przez