¿Por qué los orbitales de electrones no son simétricos en el espacio?

Tiene que ver con el momento angular del electrón, y el hecho de que la mecánica cuántica solo permite ciertos estados posibles. Las posibles funciones de onda de electrones son estados con un componente conocido de momento angular a lo largo del eje elegido, que normalmente llamamos z. Si este estado tiene un momento angular distinto de cero (es decir, mym no son ambos cero), este electrón ya no tiene simetría esférica (ya que sabemos que tiene algo de AM a lo largo de z), por lo que no esperamos que la función de onda ya sea. Puede llamar al eje que desee ‘z’, y las posibles funciones de onda rotarán en consecuencia, pero eso no cambia la falta de simetría en los estados.

Si no conoce el momento angular, es posible cualquier estado orientado a lo largo de cualquier eje, y recupera la simetría esférica, pero tomar una medida lo obliga a un cierto estado, que probablemente no sea esféricamente simétrico.

Por cierto, si el momento angular es cero (m = l = 0), las funciones de onda son esféricamente simétricas (al menos para hidrógeno), al menos hasta que se tengan en cuenta las perturbaciones de orden superior.

TL; DR

Conocer el momento angular del átomo significa que, en la mayoría de los casos, ya no es esféricamente simétrica, por lo que tampoco lo son las funciones de onda.