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Como ya sabes, cada átomo está formado por un núcleo atómico y una nube electrónica. El núcleo atómico contiene protones y neutrones. La nube electrónica, por su parte, contiene los electrones del átomo. La forma exacta en que estos electrones se distribuyen en la nube electrónica viene indicada por la llamada configuración electrónica, que podemos conocer gracias al diagrama de Moeller. En este artículo aprenderás más sobre esto, ¡Quédate para ampliar tus conocimientos!
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Regístrate gratis¿Cuál es el símbolo del número cuántico principal?
¿Cuál es el símbolo del número cuántico secundario?
¿Cuál es el símbolo del número cuántico de momento angular magnético?
¿Cuál es el símbolo del número cuántico de espín?
¿Verdadero o falso?: Los números cuánticos son cinco y tienen valores específicos que pueden asignarse a los electrones.
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Fig. 1: Estructura atómica. En este caso, es del Litio (Li).
Este artículo trata sobre el diagrama de Moeller.
En primer lugar, estudiaremos qué es la configuración electrónica, así como varios conceptos asociados.
A continuación, veremos qué es el diagrama de Moeller o regla de las diagonales.
Después, estudiaremos cómo se lleva a cabo el llenado de orbitales con la regla de Madelung.
Para terminar, resolveremos algunos ejemplos del diagrama de Moeller.
La configuración electrónica es la disposición de los electrones en capas, subcapas y orbitales dentro del átomo.
Cada átomo tiene electrones en su nube electrónica. El número de electrones de la nube electrónica de un átomo es el número atómico de ese elemento. Estos electrones están dispuestos en niveles de energía específicos alrededor del núcleo.
Las capas electrónicas, o niveles de energía, son las órbitas que siguen los electrones alrededor del núcleo de un átomo.
A cada capa electrónica se le asigna un número, en función de su distancia al núcleo; se denomina número cuántico principal, n. Los números cuánticos principales comienzan en 1 y aumentan en 1 en cada nivel. Así, los cuatro primeros niveles de energía tienen los números cuánticos principales 1, 2, 3 y 4. Cuanto más alto es el número cuántico principal, más alto es el nivel energético de la capa y más alejado está del núcleo.
Las capas de mayor energía también pueden contener más electrones. La primera capa solo puede contener dos electrones; pero, la segunda ocho; y la tercera, dieciocho. La regla general para el número de electrones que puede contener una capa es 2n2, donde n es el número cuántico principal de la capa.
Por ejemplo, la segunda capa puede contener:
$$2\cdot 2^{2}=8\ electrones$$
Las capas electrónicas se dividen en subcapas más pequeñas. Cada nivel de energía —que es otro término para una capa electrónica— contiene una serie de subniveles.
Las subcapas son divisiones pequeñas —dentro de cada capa, o nivel de energía— que contienen orbitales.
Exploraremos las subcapas juntas, antes de pasar a los orbitales. Los cuatro primeros tipos de subcapas son:
Sin embargo, no todas las capas contienen todos los tipos de subcapas.
Por ejemplo, la capa más cercana al núcleo con n=1 solamente contiene una subcapa s. A esta subcapa la llamamos subcapa 1s. La segunda capa contiene las subcapas 2s y 2p, mientras que la tercera capa contiene 3s, 3p y 3d.
Los números cuánticos son cuatro y tienen valores específicos, que pueden asignarse a los electrones.
Según el principio de Pauli, solamente puede asignarse una combinación de valores a cada electrón, de modo que cada electrón de un átomo puede describirse sin ambigüedades.
Los cuatro números cuánticos son los siguientes:
El número cuántico principal, n, describe en qué capa electrónica se encuentra el electrón. Únicamente puede tomar números naturales.
El número cuántico secundario, l, indica la forma del orbital en el que se encuentra el electrón respectivo. Puede asumir valores de 0 a n - 1, donde n representa el número cuántico principal.
Fig. 2: Observa las distintas formas de los orbitales.
El número cuántico magnético, m indica la orientación de un orbital en el espacio. Puede asumir los siguientes valores: -l, -(l - 1), … , -1, 0, 1, … , (l - 1), +l.
Como puedes observar, el número cuántico magnético depende del número cuántico secundario (l). Como los orbitales p tienen el número cuántico secundario uno, el rango válido de valores para ellos es: -1, 0, 1.
Con la información que tienes hasta ahora, puedes describir en qué envoltura se encuentra el electrón, en qué tipo de orbital se encuentra y cómo está dispuesto espacialmente este orbital. Ahora, solo necesitas saber de cuál de los dos electrones de un orbital se trata, para poder identificar claramente el electrón.
Con ayuda del número cuántico de espín magnético, s, se puede distinguir entre los dos electrones de un orbital.
El número cuántico de espín magnético puede asumir dos valores, dependiendo de si el electrón gira en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario en relación con el eje z.
El diagrama de Moeller, también conocido como la regla de las diagonales, es un patrón utilizado para saber cuál es la configuración electrónica de un átomo, a partir de su número atómico.
Para poder hacer correctamente la configuración electrónica de un átomo, usamos la siguiente tabla:
Fig. 3: Tabla de Moeller. Las flechas indican el orden de llenado de las capas.
La regla de Madelung nos dice que el llenado de orbitales se da en orden creciente de energía; es decir, en primer lugar se llenarán los orbitales de menor energía y, posteriormente, los de mayor energía.
Por lo tanto, para saber el orden de llenado de los orbitales, tendremos que conocer su nivel de energía. Como ya hemos visto, el nivel de energía viene dado por el número cuántico principal. Sib embargo, no tenemos que tener solo esto en cuenta: a medida que los orbitales son mayores, el nivel de energía aumenta. Debido a esto, en algunas ocasiones, tendremos (por ejemplo) orbitales d —de energía menor—, que tendrán más energía que un orbital s —que tendría que tener una energía mayor que el d—.
Esta regla explica el orden de llenado que se muestra en la tabla de Moeller. De hecho, el creador del diagrama de Moeller fue Erwin Madelung.
Vamos a resolver ahora algunos ejercicios desejemplo del diagrama de Moeller:
¿Cuál es la configuración electrónica del manganeso (Mn)?
El número atómico del manganeso es Z = 25; por lo tanto, su configuración electrónica, teniendo en cuenta el diagrama de Moeller, será:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5
Hagamos otro ejemplo:
¿Cuál es la configuración electrónica del calcio (Z = 20)?
La configuración electrónica del calcio es la siguiente:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
Vamos con el último:
¿Cuál es la configuración electrónica del bromo?
El número atómico del bromo (Br) es Z = 35. Por lo tanto, teniendo en cuenta el diagrama de Moeller, su configuración electrónica será:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5
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¿Cómo se elabora el diagrama de Moeller?
El diagrama de Moeller se elabora colocando el número de orbitales junto con las subcapas electrónicas, teniendo en cuenta que el llenado de orbitales se da en diagonal, de derecha a izquierda.
Este diagrama contiene información sobre los números cuánticos.
¿Quién fue el creador del diagrama de Moeller?
El creador del diagrama de Moeller fue Erwin Madelung.
¿Cómo se utiliza el diagrama de Moeller?
El diagrama de Moeller se utiliza completando las capas en diagonal, de derecha a izquierda.
¿Qué elementos tiene el diagrama de Moeller?
El diagrama de Moeller tiene como elementos el número cuántico principal y las subcapas electrónicas del átomo.
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Lily Hulatt is a Digital Content Specialist with over three years of experience in content strategy and curriculum design. She gained her PhD in English Literature from Durham University in 2022, taught in Durham University’s English Studies Department, and has contributed to a number of publications. Lily specialises in English Literature, English Language, History, and Philosophy.
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Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.
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