DIAGRAMA MOELLER: DIN CE CONSTĂ ȘI EXERCIȚII REZOLVATE - CHIMIE - 2025

Diagrama Moeller sau metoda de ploaie este un grafic și metoda mnemotehnică pentru a învăța regula Madelung; adică cum se scrie configurația electronică a unui element. Se caracterizează prin trasarea diagonalelor prin coloanele orbitale și, urmând direcția săgeții, se stabilește ordinea corespunzătoare a aceluiași pentru un atom.

În unele părți ale lumii, diagrama Moeller este cunoscută și sub denumirea de metoda ploii. Prin aceasta, o ordine este definită în umplerea orbitalelor, care sunt definite și prin cele trei numere cuantice n, l și ml.

Sursa: Gabriel Bolívar

O imagine simplă Moeller este prezentată în imaginea de mai sus. Fiecare coloană corespunde orbitalelor diferite: s, p, d și f, cu nivelul lor de energie. Prima săgeată indică faptul că umplerea oricărui atom trebuie să înceapă cu orbitalul 1s.

Astfel, următoarea săgeată trebuie să pornească de la orbitalul 2s, și apoi de la 2p prin orbitalul 3s. În acest fel, de parcă ar fi fost o ploaie, se remarcă orbitalii și numărul de electroni pe care îi găzduiesc (4 l +2).

Diagrama Moeller reprezintă o introducere pentru cei care studiază configurațiile electronilor.

Ce este diagrama Moeller?

Domnia lui Madelung

Deoarece diagrama Moeller constă dintr-o reprezentare grafică a regulii lui Madelung, este necesar să știm cum funcționează aceasta din urmă. Completarea orbitalelor trebuie să respecte următoarele două reguli:

-Obitele cu cele mai mici valori ale lui n + l sunt completate mai întâi, unde n este numărul cuantic principal, iar l este momentul unghiular orbital. De exemplu, orbitalul 3d corespunde n = 3 și l = 2, prin urmare, n + l = 3 + 2 = 5; între timp, orbitalul 4s corespunde n = 4 și l = 0, iar n + l = 4 + 0 = 4. Din cele de mai sus se stabilește că electronii umplu mai întâi orbitalul 4s decât cel 3d.

-Dacă două orbitale au aceeași valoare de n + l, electronii vor ocupa cel cu cea mai mică valoare a lui n primul. De exemplu, orbitalul 3d are o valoare de n + l = 5, la fel ca orbitalul 4p (4 + 1 = 5); dar din moment ce 3d are cea mai mică valoare de n, acesta va umple mai întâi decât 4p.

Din cele două observații anterioare se poate ajunge la următoarea ordine de umplere a orbitalelor: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p.

Urmând aceleași etape pentru valori diferite de n + l pentru fiecare orbital, se obțin configurațiile electronice ale altor atomi; care la rândul său poate fi determinat grafic și prin diagrama Moeller.

Pași de urmat

Regula lui Madelung stabilește formula n + l, cu ajutorul căreia configurația electronilor poate fi „armată”. Cu toate acestea, după cum s-a spus, diagrama Moeller reprezintă deja grafic acest lucru; așa că trebuie doar să urmezi coloane și să desenezi diagonale pas cu pas.

Cum începeți configurarea electronică a unui atom? Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți mai întâi numărul său atomic Z, care prin definiție pentru un atom neutru este egal cu numărul de electroni.

Astfel, cu Z obținem numărul de electroni și, având în vedere acest lucru, începem să tragem diagonale prin diagrama Moeller.

Orbitalii s pot găzdui doi electroni (aplicând formula 4 l +2), p șase electroni, d zece și f paisprezece. Se oprește la orbitalul unde a fost ocupat ultimul electron dat de Z.

Pentru clarificări suplimentare, mai jos sunt prezentate o serie de exerciții rezolvate.

Exerciții rezolvate

Beriliu

Folosind tabelul periodic, beriliu element este localizat cu un Z = 4; adică cei patru electroni ai săi trebuie cazați pe orbitali.

Începând cu primul săgeată din diagrama Moeller, orbitalul 1s ocupă doi electroni: 1s ² ; urmat de orbitalul 2s, cu doi electroni suplimentari pentru a adăuga 4 în total: 2s ² .

Prin urmare, configurația electronică a beriliei, exprimată ca 1s ² 2s ² . Rețineți că însumarea suprascriptelor este egală cu numărul de electroni totale.

Meci

Elementul fosfor are un Z = 15 și, prin urmare, are 15 electroni în total, care trebuie să ocupe orbitalii. Pentru a merge mai departe, începeți dintr-o dată configurația 1s ² 2s ² , care conține 4 electroni. Atunci ar mai lipsi încă 9 electroni.

După orbitalul 2s, următoarea săgeată „intră” în orbitalul 2p, în final aterizează în orbitalul 3s. Deoarece orbitalii 2p pot ocupa 6 electroni, iar electronii 3s 2, avem: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² .

Încă mai lipsesc încă 3 electroni, care ocupă următorul orbital 3p în conformitate cu diagrama Moeller: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ³ , configurația electronilor a fosforului.

zirconiul

Elementul de zirconiu are un Z = 40. Scurtarea traseului cu configurația 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ , cu 18 electroni (cel al argonului cu gaz nobil), ar mai lipsi încă 22 de electroni. După orbitalul 3p, următoarele care se completează în conformitate cu diagrama Moeller sunt orbitalele 4s, 3d, 4p și 5s.

Umplerea lor complet, adică 4s ² , 3d ¹⁰ , 4p ⁶ și 5s ² , se adaugă un total de 20 de electroni. Cei 2 electroni rămași sunt așadar adăpostiți în următorul orbital: 4d. Astfel, configurația electronică a zirconiului este: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ² .

Iridiu

Iridiul are un Z = 77, deci are 37 de electroni suplimentari în comparație cu zirconiul. Pornind de la, adică 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ , trebuie să adăugăm 29 de electroni cu următoarele orbite ale diagramei Moeller.

Desenând noi diagonale, noile orbitale sunt: ​​5p, 6s, 4f și 5d. Umplând primii trei orbitali complet avem: 5p ⁶ , 6s ² și 4f ¹⁴ , pentru a da un total de 22 de electroni.

Deci lipsesc 7 electroni, care sunt în orbitalul 5d: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6s ² 4f ¹⁴ 5d ⁷ .

De mai sus este configurația electronilor iridiumului. Rețineți că orbitalele 6s ² și 5d ⁷ sunt evidențiate cu caractere aldine pentru a indica faptul că corespund în mod corespunzător cochiliei de valență a acestui metal.

Excepții de la diagrama Moeller și de la regula lui Madelung

În tabelul periodic există multe elemente care nu se supun celor explicate. Configurațiile lor de electroni diferă experimental de cele prezise din motive cuantice.

Printre elementele care prezintă aceste discrepanțe se numără: crom (Z = 24), cupru (Z = 29), argint (Z = 47), rodiu (Z = 45), ceriu (Z = 58), niobiu (Z = 41) si multe altele.

Excepțiile sunt foarte frecvente la umplerea orbitalelor d și f. De exemplu, cromul ar trebui să aibă o configurație de valență 4s ² 3d ^{4 în} conformitate cu diagrama Moeller și regula lui Madelung, dar este de fapt 4s ¹ 3d ⁵ .

De asemenea, și în sfârșit, configurația valenței argintului ar trebui să fie 5s ² 4d ⁹ ; dar este cu adevărat 5s ¹ 4d ¹⁰ .

Referințe

1. Gavira J. Vallejo M. (6 august 2013). Excepție de la regula lui Madelung și diagrama lui Moeller în configurația electronică a elementelor chimice. Recuperat de la: triplenlace.com
2. Superclasa mea. (sf) Ce este configurația electronilor? Recuperat de la: misuperclase.com
3. Wikipedia. (2018). Diagrama Moeller. Recuperat de la: es.wikipedia.org
4. Dummies. (2018). Cum se reprezintă electronii într-o diagramă a nivelului energetic Recuperat din: dummies.com
5. Nave R. (2016). Ordinul de umplere a statelor electronice. Recuperat din: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu