El diagrama de Moeller ayuda a memorizar la manera correcta en la que se distribuyen los electrones dentro de las distintas capas o niveles de los átomos, es decir, su configuración electrónica.
Para ello se vale de la “regla de Madelung”, además de una simbología y numeración concreta que, aunque parezca complicada, realmente es bastante sencilla.
Por eso explicaremos al detalle, cuál es la definición del diagrama de Moeller, sus principales usos y dejaremos algunos ejemplos relacionados con este tema.
Tabla de Contenidos
Qué es el diagrama de Moeller?
El diagrama de Moeller es el método empleado para deducir la configuración electrónica de la mayoría de elementos químicos de la tabla periódica, en base a su número atómico y el orden creciente de la energía en cada uno de los orbitales.
Pero, ¿qué son realmente los orbitales y cómo se identifican?, ¿cuántos electrones posee un átomo?, ¿por qué es más sencillo calcular la configuración electrónica utilizando este tipo de esquema?
Para empezar, debemos comprender que cada átomo contiene una cantidad determinada de protones en su núcleo, es decir, partículas con carga eléctrica positiva, y la suma de todas ellas se denomina “número atómico” (z), el cual aparece junto al nombre de los elementos en la tabla periódica.
Al considerar esta información, sabremos cuántos electrones o partículas con carga negativa tiene el átomo, pues siempre cuentan con cifras equivalentes, solo que estos últimos se van ubicando por pares en las capas o regiones alrededor del núcleo, conocidas como orbitales.
A su vez, los orbitales se dividen en 7 niveles (n) ordenados desde el menos cargado de energía hasta el más elevado a partir del núcleo, y en cada uno de ellos hay subniveles con su propia nomenclatura: números para indicar su tamaño, y letras (s,p,d,f) que señalan su forma.
Ahora bien, entre las principales características gráficas del diagrama de Moeller, destaca una serie de flechas diagonales que interceptan la columna donde se representan los niveles orbitales desde su capa más débil, dándole continuidad al orden creciente de energía.
De esta manera, los trazos van creando ángulos orbitales y pasan por cada subnivel dependiendo del número de electrones con los que cuente el átomo.
Y gracias a la particular manera en la que se dibuja el diagrama, también se le suele conocer como “método de la lluvia” o “diagrama de diagonales”.
Regla de Madelung
La regla de Madelung es el principio que define el orden en el cual se deben llenar los niveles y subniveles de la corteza atómica, con sus respectivos electrones, planteando así, que primero se ocupan aquellos orbitales cuyo valor sea el menor.
Esta ley se rige mediante el cálculo de los números cuánticos: “n”, correspondiente al nivel (capa) del átomo; “l”, asociado al momento angular del orbital (su forma); y “m”, que indica la orientación del mismo.
De acuerdo con esta regla, todos los valores cuyo número sea menor a la suma de “n” + “l”, son los que deben ir en los primeros orbitales del diagrama de Moeller.
Pero si la suma de “n” + “l” da el mismo resultado para dos orbitales distintos, simplemente se llena el espacio con aquel que posea menor valor de “n”.
Excepciones al diagrama de Moeller y la regla de Madelung
A pesar que la estructura de Moeller explica perfectamente bien la distribución de los electrones en los orbitales, existen ciertos casos en los cuales se incumple la regla de Madelung, rompiendo con las normativas necesarias para dibujar el diagrama.
Dichas excepciones ocurren cuando se trata de metales de transición, o aquellos elementos cuyo número atómico es realmente demasiado elevado, como los lantánidos y los actínidos.
Esto significa que a veces empieza a llenarse un orbital antes de tiempo, aunque le corresponda cargarse a otro, como debería suceder.
Elementos del diagrama de Moeller
El diagrama de Moeller se traza en una tabla donde aparecen los elementos clave para comprenderlo de un modo sencillo, y estos son los siguientes:
- Niveles principales: identificados con el número cuántico (n) en la columna izquierda del esquema y ordenados de menor a mayor en forma descendente.
- Subniveles: son los números ubicados en el lado derecho de la tabla junto al nivel principal al que correspondan. Un nivel puede tener varios subniveles.
- Orbitales atómicos: ordenados según su forma e identificados por las letras “s”, “p”, “d” y “f”.
- Trazos diagonales: son las flechas que interceptan los subniveles comenzando por el menor de todos (1s), desde arriba hacia abajo y de derecha a izquierda.
Uso del diagrama de Moeller en la configuración electrónica
El uso correcto del diagrama de Moeller para deducir la configuración electrónica de un átomo, depende de un factor sumamente importante, es decir, la capacidad que tiene cada orbital de alojar los electrones, pues de ese modo se puede conocer cuántas partículas de carga negativa tiene un elemento en su capa de valencia, mediante la cual se crean otros compuestos.
En este sentido, los de clase “s” solo admiten 2; los “p” cargan 6; los “d” se completan con 10; y los “f” con un máximo de 14. Pero más allá de eso, la estructura se aplica de la siguiente manera:
- Se determina el número atómico (z) del elemento cuya configuración electrónica se va a estudiar.
- Se dibuja la tabla colocando cada nivel con sus respectivos subniveles y se identifican los tipos de cada uno con las letras “s”, “p”, “d” y “f”.
- Se trazan las líneas de derecha a izquierda y de arriba abajo, partiendo desde el orbital 1s hasta sumar el total de “Z” a medida que se interceptan los subniveles de energía.
- Se suma el número de electrones de todos los orbitales que pertenecen a un mismo nivel “n”.
- Una vez que culmine el proceso, sabremos cuántos electrones van en cada uno de los orbitales y, además, podremos definir la carga correspondiente a la capa de valencia que tiene el átomo.
Ejemplos
Para finalizar, dejaremos una serie de ejemplos donde se establecen las configuraciones de algunos elementos químicos de la tabla periódica:
Litio (Li) = Z3: 1s22 s1
Potasio (K) = Z19: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
Fósforo (P) = Z15: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
Sodio (Na) = Z11: 1s2 2s2 2p6 3s1
Nitrógeno (N) = Z7: 1s2 2s2 2p3
Carbono (C) = Z6: 1s2 2s2 2p2