La respuesta simplificada, aunque ingenua, a esta pregunta es sí: todos los orbitales en una capa de electrones dada tienen la misma energía.
Sin embargo, esto descuida varios efectos importantes. El campo magnético generado por el “movimiento” del electrón alrededor del núcleo interactúa con el dipolo magnético debido al giro del electrón. Esto se llama acoplamiento de órbita giratoria y crea una pequeña diferencia de energía que “eleva” parte de la degeneración en lo que normalmente se conoce como la “estructura fina” de los niveles de energía atómica.
Se produce una división de energía aún menor debido a la interacción entre el momento dipolar magnético del electrón con el momento dipolar magnético del núcleo. Este efecto se llama estructura hiperfina de los niveles de energía atómica.
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Sin embargo, se produce otra división de energía debido a la “polarización de vacío”, en la que los pares virtuales de electrones / positrones aparecen y desaparecen, lo que reduce la carga nuclear efectiva vista por los electrones. Este efecto se llama el cambio de cordero.
Todos estos efectos tienen lugar incluso para el átomo de hidrógeno. En los átomos más complejos, también debemos tener en cuenta el hecho de que los electrones en los orbitales que están localizados cerca del núcleo también detectan la carga nuclear para aquellos orbitales que están efectivamente más lejos y generan sus propios campos electromagnéticos; esto también provoca cambios de energía entre orbitales, y es por eso que los orbitales se llenan en un orden un tanto extraño comenzando alrededor de la marca 3d.
