Excepciones a la regla de Madelung y el diagrama de Moeller en la configuración electrónica de los elementos químicos

Email

Email

En los primeros niveles de la docencia de la Química se enseña a los estudiantes un método muy sencillo para escribir la distribución de los electrones en orbitales en cada elemento químico, es decir, lo que se llama su configuración electrónica. Se trata del diagrama de Moeller:

Este diagrama refleja el orden en que los electrones van ocupando los orbitales atómicos de los átomos. Los nombres de los orbitales están escritos en el interior de cada uno de los cuadrados que los representan: 1s, 2s, 2p…, con arreglo a esta nomenclatura:

El número que figura en el nombre de cada orbital se llama número cuántico principal, n.

La letra del nombre de cada orbital responde al llamado número cuántico azimutal, l, existiendo el siguiente convenio de asignación: para l = 0 el orbital se nomina s; cuando l = 1, p; cuando l = 2, d; cuando l = 3, f; cuando l = 4, g, etc.

Por ejemplo, un orbital 7d tiene de número cuántico principal 7 y de número cuántico azimutal 2.

Por otro lado, en los orbitales tipo s caben 2 electrones; en los p, 6; en los d, 10; en los f, 14; en los g, 18…

El diagrama de Moeller es simplemente una aplicación de la llamada regla de Madelung según la cual el orden de ocupación de los orbitales atómicos sigue las siguientes normas:

1. Se llenan primero los orbitales de menor valor n+l;2. Para dos orbitales con el mismo valor n+l, se llena primero el de menor n

Es decir, la regla establece que el orden de ocupación es el siguiente:

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d,7p, 8s, 5g, 6f, 7d, 8p, 9s…

que es el mismo que señalan las flechas del diagrama de Moeller.

Así, si un átomo tiene un solo electrón, este se colocará en el orbital 1s, pero si tiene 5, dos de ellos se colocarán en el 1s (pues en el orbital s no caben más que dos electrones) otros dos en el 2s y el restante en el 2p.

Configuración electrónicaEn general, para escribir la configuración electrónica de un elemento químico determinado solo hay que conocer su número de electrones, es decir, su número atómico, Z, el cual se obtiene inmediatamente de la tabla periódica. Basta ir colocando los Z electrones en el orden indicado por las flechas del diagrama.

Por ejemplo, siguiendo esa regla podemos construir fácilmente la configuración electrónica del lantano (Z = 57):

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f1

Pero la regla de Moeller es eso, una regla, y como toda regla tiene sus excepciones. Y muchas, por desgracia. Entre otros elementos, el lantano es una excepción, ya que su configuración electrónica verdadera no es la anterior, sino esta otra:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 5d1

Excepciones a la regla de MadelungLa verdadera configuración electrónica de un elemento químico solo se puede conocer empíricamente gracias a la ciencia de la espectroscopía, que permite medir en el laboratorio las energías electrónicas reales. En virtud de experimentos espectroscópicos se ha llegado a la conclusión de que existen las siguientes excepciones en las configuraciones electrónicas de los elementos en relación con las configuraciones teóricas indicadas por el diagrama de Moeller:

ZElement

oConfiguración electrónica

24 Cromo 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5

28 Níquel(*) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d9

29 Cobre 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10

41 Niobio 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d4

42Molibdeno

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d5

44 Rutenio 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d7

45 Rodio 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d8

46 Paladio 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 4d10

47 Plata 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d10

57 Lantano 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 5d1

58 Cerio 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d105p6 6s2 4f1 5d1

64 Gadolinio 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f7 5d1

78 Platino 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1 4f14 5d9

79 Oro 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1 4f14 5d10

89 Actinio1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 6d1

90 Torio1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 6d2

91Protactinio

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f2 6d1

92 Uranio1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f3 6d1

93 Neptunio 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6

7s2 5f4 6d1

96 Curio1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f7 6d1

103

Laurencio

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 7p1

(*) La configuración del níquel es controvertida. Hay autores que aseguran que no constituye una excepción y que su configuración es la indicada por el diagrama de Moeller: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8.