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En mecánica cuántica, los niveles energéticos son las funciones propias del operador hamiltoniano, y sus energías respectivas son sus valores propios.

En química, se asocian niveles energéticos con orbitales, para relacionar la distribución espacial de la carga eléctrica con la reactividad. De especial importancia son los niveles energéticos del HOMO (orbital molecular más alto ocupado) y del LUMO (orbital molecular más bajo vacío).

Las diferentes espectroscopias estudian transiciones entre niveles de distintas energías. La espectroscopia infrarroja, por ejemplo, estudia transiciones entre niveles energéticos de vibración molecular, mientras que la espectroscopia ultravioleta-visible estudia transiciones electrónicas y la espectroscopia Mössbauer se ocupa de transiciones nucleares. Orbitales Para una descripción y comprensión detalladas de las reacciones químicas y de las propiedades físicas de las diferentes sustancias, es muy útil su descripción a través de orbitales, con ayuda de la mecánica cuántica.

Un orbital atómico es una función matemática que describe la disposición de uno o dos electrones en un átomo. Un orbital molecular es análogo, pero para moléculas.