Generador de diagramas de orbitales
Diagramas de orbitales en cajas para cualquier elemento o ion, del oxígeno al hierro y al Fe³⁺, con las cajas en orden de llenado, las flechas según la regla de Hund y la configuración electrónica debajo. Para clases de química.
Diagrama de orbitales: ejemplos
Cuatro diagramas de orbitales: el oxígeno con sus dos electrones 2p desapareados, el hierro con cuatro electrones 3d desapareados, el cromo con su llenado esperado y real uno encima del otro, y un diagrama sencillo del nitrógeno que muestra la regla de Hund. Cada imagen salió del prompt que la acompaña; al elegir una, ese mismo prompt pasa a la casilla de arriba.
Cómo hacer un diagrama de orbitales: el azufre, paso a paso
La figura rotulada es el azufre, 16 electrones, con la energía creciendo hacia arriba. Los mismos cuatro pasos dan el diagrama de orbitales de cualquier átomo.
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Contar los electrones
El número atómico del azufre es 16, así que 16 flechas; para un ion, suma o resta la carga.
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Llenar según el diagrama de Moeller
1s, 2s, 2p, 3s, 3p de abajo arriba, dos flechas opuestas por caja (Pauli).
- 3
Repartir primero los electrones 3p
Una flecha en cada caja 3p y luego la cuarta se aparea en la primera caja (regla de Hund).
- 4
Escribir la configuración
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴, o [Ne] 3s² 3p⁴, con 2 electrones desapareados.
![Excepción del diagrama de orbitales del cromo: esperado [Ar] 4s2 3d4 con cuatro electrones desapareados frente al real [Ar] 4s1 3d5 con seis](/imgs/examples/topic-diagrams/orbital-diagram-3.webp)
Por qué el diagrama de orbitales del cromo rompe el orden de llenado
El orden de llenado predice [Ar] 4s² 3d⁴ para el cromo. El estado fundamental medido sube un electrón y deja ambos subniveles semillenos.
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Esperado: 4 desapareados
4s tiene un par y cuatro de las cinco cajas 3d una flecha cada una; la quinta queda vacía.
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Real: 6 desapareados
Un electrón 4s pasa a 3d: [Ar] 4s¹ 3d⁵, las seis flechas solas y paralelas.
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El cobre hace lo mismo
[Ar] 4s¹ 3d¹⁰ en lugar de 4s² 3d⁹: un subnivel 3d lleno gana a una caja 4s llena.
Diagramas de orbitales elemento por elemento, con el diagrama de Moeller
Los diagramas por elemento más buscados, agrupados donde el patrón de flechas se repite. Cada entrada da el número de electrones, las cajas, dónde van las flechas y cuántos electrones quedan desapareados.
Diagrama de orbitales del hidrógeno, helio, litio y berilio
Los diagramas más pequeños, y el lugar para mostrar el principio de Pauli. Hidrógeno (1): 1s¹, una flecha hacia arriba en una caja. Helio (2): 1s², una flecha hacia arriba y otra hacia abajo en la misma caja. Litio (3): 1s² 2s¹, el primer átomo con una segunda capa, 1 desapareado. Berilio (4): 1s² 2s², todas las flechas apareadas.
Diagrama de orbitales del nitrógeno
7 electrones: 1s² 2s² 2p³. Pares en 1s y 2s, luego una flecha hacia arriba en cada una de las tres cajas 2p y ningún apareamiento, porque la regla de Hund llena primero cada caja de un subnivel con un solo electrón. 3 electrones desapareados: el subnivel 2p semilleno explica que la primera energía de ionización del nitrógeno sea mayor que la del oxígeno.
Diagrama de orbitales del oxígeno
8 electrones: 1s² 2s² 2p⁴. El cuarto electrón 2p tiene que aparearse, así que la primera caja 2p lleva ↑↓ y las otras dos una flecha cada una: 2 electrones desapareados. La repulsión dentro de esa caja apareada explica que el oxígeno ceda un electrón con más facilidad que el nitrógeno.
Diagrama de orbitales del carbono
6 electrones: 1s² 2s² 2p². Los dos electrones 2p ocupan cajas distintas con espines paralelos, 2 desapareados, nunca apareados en una caja. Un diagrama que sube un electrón 2s a 2p para dar cuatro flechas solas es el estado excitado del carbono, dibujado para explicar la hibridación sp³, no su diagrama de orbitales en estado fundamental.
Diagrama de orbitales del boro, aluminio y silicio
Boro (5): 1s² 2s² 2p¹, una flecha en la primera caja 2p y dos cajas 2p vacías. Aluminio (13): [Ne] 3s² 3p¹, el mismo patrón un periodo más abajo. Silicio (14): [Ne] 3s² 3p², dos flechas 3p solas, como el carbono. Dibuja también las cajas p vacías: un subnivel p tiene tres cajas, estén llenas o no.
Diagrama de orbitales del azufre y del fósforo
Un periodo por debajo del oxígeno y el nitrógeno, con el mismo patrón externo tras un núcleo de neón completo. Fósforo (15): [Ne] 3s² 3p³, tres flechas 3p solas, 3 desapareados. Azufre (16): [Ne] 3s² 3p⁴, un par 3p y dos flechas solas, 2 desapareados. El diagrama completo muestra debajo los diez electrones internos en 1s, 2s y 2p.
Diagrama de orbitales del cloro, flúor y bromo
A los halógenos les falta un electrón para completar el subnivel p, ns² np⁵. Flúor (9): 1s² 2s² 2p⁵. Cloro (17): [Ne] 3s² 3p⁵. Bromo (35): [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁵, con un subnivel 3d lleno dibujado entre 4s y 4p. En todos, dos cajas p llevan un par y la tercera una flecha: 1 electrón desapareado.
Diagrama de orbitales del sodio, magnesio, potasio y calcio
Sodio (11): [Ne] 3s¹, una flecha en 3s. Magnesio (12): [Ne] 3s², apareados, sin electrones desapareados. Potasio (19): [Ar] 4s¹ y calcio (20): [Ar] 4s². Ninguno tiene cajas 3d: 4s está por debajo de 3d hasta el escandio, así que el electrón 19 va a 4s y no a 3d.
Diagrama de orbitales del hierro
26 electrones: [Ar] 4s² 3d⁶. 4s está apareado; en las cinco cajas 3d los cinco primeros electrones entran de uno en uno y el sexto se aparea en la primera caja: 4 electrones desapareados, por eso los átomos de hierro son paramagnéticos. Fe²⁺ es [Ar] 3d⁶, se van primero los dos electrones 4s y siguen 4 desapareados; Fe³⁺ es [Ar] 3d⁵, una flecha en cada caja 3d, 5 desapareados.
Diagrama de orbitales del cromo y del cobre
Las dos excepciones de la primera serie de transición. Cromo (24): [Ar] 4s¹ 3d⁵, no 4s² 3d⁴, seis flechas solas. Cobre (29): [Ar] 4s¹ 3d¹⁰, no 4s² 3d⁹, un subnivel 3d lleno y 1 electrón desapareado. Nombra la excepción y se dibuja tal como se mide; pide el esperado y el real juntos y obtienes las dos filas del ejemplo del cromo de arriba.
Diagrama de orbitales del titanio, manganeso, cobalto, níquel y zinc
Una vez lleno 4s, las cajas 3d reciben una flecha cada una antes de cualquier par. Titanio (22): [Ar] 4s² 3d², 2 desapareados. Manganeso (25): [Ar] 4s² 3d⁵, 5 desapareados. Cobalto (27): [Ar] 4s² 3d⁷, 3 desapareados. Níquel (28): [Ar] 4s² 3d⁸, 2 desapareados. Zinc (30): [Ar] 4s² 3d¹⁰, ninguno, así que el zinc es diamagnético.
Diagrama de orbitales del neón y del argón
Los gases nobles llenan todas sus cajas. Neón (10): 1s² 2s² 2p⁶, cinco cajas y diez flechas apareadas. Argón (18): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶, nueve cajas, todas apareadas. Sin nada desapareado, ambos son diamagnéticos, y sus configuraciones se convierten en los núcleos [Ne] y [Ar] con los que empiezan los diagramas abreviados de los elementos siguientes.
Diagrama de Moeller (orden de llenado)
No es un átomo, sino el orden en que se llena cualquier átomo: los subniveles escritos en filas por capa (1s; 2s 2p; 3s 3p 3d; 4s 4p 4d 4f …) y cruzados por flechas diagonales, que se leen 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s. Recoge la regla n + l (regla de Madelung): se llena antes el n + l menor y, en caso de empate, el n menor, por eso 4s (4 + 0) va antes que 3d (3 + 2).
Diagrama de energía de orbitales
Las mismas cajas apiladas sobre un eje de energía en lugar de en una fila, como en la figura del azufre de arriba: cada subnivel a su propia altura, las tres cajas p o las cinco d una al lado de otra en un mismo nivel porque están degeneradas. Es la versión que muestra por qué 4s queda por debajo de 3d en el potasio y cuánto separa el último subnivel ocupado del primero vacío.
Llenado de orbitales y electrones desapareados, del hidrógeno al bromo
Configuraciones en estado fundamental tal como las dan los libros de química general, con las flechas del último subnivel en llenarse (□ es una caja vacía). El número de desapareados es el número de flechas solas en todo el diagrama.
| Elemento | Electrones | Configuración abreviada | Cajas del último subnivel | Electrones desapareados |
|---|---|---|---|---|
| H | 1 | 1s¹ | 1s: ↑ | 1 |
| He | 2 | 1s² | 1s: ↑↓ | 0 |
| Li | 3 | [He] 2s¹ | 2s: ↑ | 1 |
| B | 5 | [He] 2s² 2p¹ | 2p: ↑ □ □ | 1 |
| C | 6 | [He] 2s² 2p² | 2p: ↑ ↑ □ | 2 |
| N | 7 | [He] 2s² 2p³ | 2p: ↑ ↑ ↑ | 3 |
| O | 8 | [He] 2s² 2p⁴ | 2p: ↑↓ ↑ ↑ | 2 |
| F | 9 | [He] 2s² 2p⁵ | 2p: ↑↓ ↑↓ ↑ | 1 |
| Ne | 10 | [He] 2s² 2p⁶ | 2p: ↑↓ ↑↓ ↑↓ | 0 |
| Na | 11 | [Ne] 3s¹ | 3s: ↑ | 1 |
| Mg | 12 | [Ne] 3s² | 3s: ↑↓ | 0 |
| Al | 13 | [Ne] 3s² 3p¹ | 3p: ↑ □ □ | 1 |
| Si | 14 | [Ne] 3s² 3p² | 3p: ↑ ↑ □ | 2 |
| P | 15 | [Ne] 3s² 3p³ | 3p: ↑ ↑ ↑ | 3 |
| S | 16 | [Ne] 3s² 3p⁴ | 3p: ↑↓ ↑ ↑ | 2 |
| Cl | 17 | [Ne] 3s² 3p⁵ | 3p: ↑↓ ↑↓ ↑ | 1 |
| Ar | 18 | [Ne] 3s² 3p⁶ | 3p: ↑↓ ↑↓ ↑↓ | 0 |
| K | 19 | [Ar] 4s¹ | 4s: ↑ | 1 |
| Ca | 20 | [Ar] 4s² | 4s: ↑↓ | 0 |
| Ti | 22 | [Ar] 4s² 3d² | 3d: ↑ ↑ □ □ □ | 2 |
| Cr | 24 | [Ar] 4s¹ 3d⁵ (excepción) | 4s: ↑, 3d: ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ | 6 |
| Mn | 25 | [Ar] 4s² 3d⁵ | 3d: ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ | 5 |
| Fe | 26 | [Ar] 4s² 3d⁶ | 3d: ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ | 4 |
| Co | 27 | [Ar] 4s² 3d⁷ | 3d: ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ | 3 |
| Ni | 28 | [Ar] 4s² 3d⁸ | 3d: ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ | 2 |
| Cu | 29 | [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ (excepción) | 4s: ↑, 3d: cinco pares | 1 |
| Zn | 30 | [Ar] 4s² 3d¹⁰ | 3d: cinco pares | 0 |
| Br | 35 | [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁵ | 4p: ↑↓ ↑↓ ↑ | 1 |
Del escandio al zinc se llena 3d después de 4s, y solo el cromo y el cobre se salen de la fila. El escandio ([Ar] 4s² 3d¹, 1 desapareado) y el vanadio ([Ar] 4s² 3d³, 3 desapareados) siguen el patrón. Para un catión, quita primero los electrones del n más alto: Cu⁺ y Zn²⁺ son ambos [Ar] 3d¹⁰.
Diagrama de orbitales, configuración electrónica y modelo de Bohr
Los tres describen los mismos electrones. La configuración electrónica los escribe como una línea de texto (1s² 2s² 2p⁴), el diagrama de orbitales dibuja cada orbital con sus flechas y el modelo de Bohr solo dibuja las capas como anillos, sin subniveles ni espín. La notación de cajas es la forma de cajas y flechas, y la mayoría de los cursos la usan como otro nombre del diagrama de orbitales.
| Diagrama de orbitales | Configuración electrónica | Modelo de Bohr | |
|---|---|---|---|
| Qué muestra | Cada orbital como caja, cada electrón como flecha | Subniveles con el número de electrones en superíndice | Capas como anillos, electrones como puntos |
| Oxígeno | 1s ↑↓, 2s ↑↓, 2p ↑↓ ↑ ↑ | 1s² 2s² 2p⁴, o [He] 2s² 2p⁴ | 2 puntos en el primer anillo, 6 en el segundo |
| Espín | Indicado con flechas hacia arriba y hacia abajo | No se muestra | No se muestra |
| Electrones desapareados | Se cuentan las flechas solas | Se deducen con la regla de Hund | No se pueden leer |
| Subniveles (s, p, d) | Grupos de 1, 3 y 5 cajas | Escritos como 1s, 2p, 3d … | Ninguno, solo capas |
| Frente a un diagrama de OM | Un átomo; un diagrama de OM coloca los orbitales de dos átomos en sus columnas exteriores y los combina | Las moléculas tienen en su lugar configuraciones de OM, escritas σ2s² σ*2s² … | Sin equivalente molecular |
Dibuja el diagrama de orbitales cuando la pregunta trate de espín o magnetismo. «¿Cuántos electrones desapareados tiene el hierro?» pide dibujar las cinco cajas 3d; «¿Cuál es la configuración electrónica del hierro?» solo pide [Ar] 4s² 3d⁶.
¿Qué es un diagrama de orbitales?
Un diagrama de orbitales (también llamado diagrama de cajas o diagrama de llenado de orbitales) muestra dónde están los electrones de un átomo: una caja o línea por orbital, agrupadas en subniveles (1s, 2s, 2p, 3s …) en orden de llenado, con cada electrón dibujado como una semiflecha cuyo sentido indica su espín. Lleva la misma cuenta que la configuración electrónica, 1s² 2s² 2p⁴ para el oxígeno, más lo que la configuración no dice: qué orbitales tienen un par y cuáles un solo electrón desapareado.
Datos clave
- Tres reglas colocan cada flecha. Aufbau: llenar primero el subnivel de menor energía. Pauli: como máximo dos electrones por orbital, con espines opuestos. Hund: en un conjunto de orbitales de igual energía entra un electrón en cada uno, todos con el mismo espín, antes de que se forme ningún par.
- 4s se llena antes que 3d, y también se vacía antes. El potasio y el calcio ponen sus electrones externos en 4s y el escandio empieza el 3d. Cuando un metal de transición forma un catión, pierde primero sus electrones 4s: Fe es [Ar] 4s² 3d⁶, Fe²⁺ es [Ar] 3d⁶.
- Los subniveles s, p, d y f tienen 1, 3, 5 y 7 orbitales. Así, un subnivel s admite 2 electrones, p 6, d 10 y f 14, y por eso los bloques de la tabla periódica tienen 2, 6, 10 y 14 elementos de ancho.
- Los electrones desapareados hacen paramagnético a un átomo. Cuenta las flechas solas: el nitrógeno tiene 3, el oxígeno 2, el hierro 4, el cromo 6. Un átomo con todas las flechas apareadas, como el neón o el zinc, es diamagnético.
- El cromo y el cobre rompen el orden simple. Cr es [Ar] 4s¹ 3d⁵ y Cu es [Ar] 4s¹ 3d¹⁰: un subnivel 3d semilleno o lleno tiene menos energía que la configuración que predice el orden de llenado. El molibdeno y la plata, justo debajo, hacen lo mismo con 5s y 4d.
Preguntas sobre diagramas de orbitales
¿Cómo se hace un diagrama de orbitales?
Cuenta los electrones, dibuja los subniveles en orden de llenado (1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d …) con una caja por orbital y llena las cajas de abajo arriba: dos flechas opuestas por caja, y una flecha en cada caja de un subnivel p o d antes de que se aparee ninguna. Para cuando las flechas igualen el número atómico, escribe la configuración debajo y cuenta las flechas solas para obtener los electrones desapareados.
¿Qué es la notación de cajas o notación orbital?
Es la configuración electrónica dibujada como cajas o líneas, una por orbital y rotulada con su subnivel, con cada electrón como una flecha hacia arriba o hacia abajo. El oxígeno en notación de cajas es 1s ↑↓, 2s ↑↓, 2p ↑↓ ↑ ↑. Los libros que usan el término reservan «configuración electrónica» o «notación spdf» para la forma escrita, 1s² 2s² 2p⁴.
¿Qué diferencia hay entre un diagrama de orbitales y la configuración electrónica?
La configuración electrónica dice cuántos electrones tiene cada subnivel; el diagrama de orbitales muestra además cómo se reparten dentro de él. Ambos dan 2p⁴ para el oxígeno, pero solo el diagrama muestra un orbital 2p apareado y dos con un electrón cada uno, que es de donde salen los 2 electrones desapareados del oxígeno.
¿Qué es el diagrama de Moeller?
El diagrama de Moeller (o regla de las diagonales) es el esquema del orden en que se llenan los subniveles: los subniveles escritos en filas por capa y cruzados por flechas diagonales, que se leen 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s y así sucesivamente. Sigue la regla n + l. Es la herramienta para construir un diagrama de orbitales, no el diagrama de un átomo concreto.
¿Por qué se llena 4s antes que 3d?
Porque en el potasio y el calcio 4s tiene menos energía que 3d: su n + l es 4, frente a 5 para 3d. En cuanto 3d empieza a llenarse, a partir del escandio, los orbitales 3d bajan por debajo de 4s, y por eso los cationes de los metales de transición pierden primero sus electrones 4s: Fe²⁺ es [Ar] 3d⁶, no [Ar] 4s² 3d⁴.
¿Por qué el cromo y el cobre son excepciones?
Un subnivel 3d semilleno o completamente lleno es más estable que la configuración que predice el orden de llenado, así que un electrón 4s pasa a 3d. El cromo es [Ar] 4s¹ 3d⁵ en lugar de 4s² 3d⁴, y el cobre [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ en lugar de 4s² 3d⁹. Las energías de 4s y 3d están ahí tan próximas que la estabilidad extra de los espines 3d paralelos inclina la balanza.
¿Cuántos electrones desapareados tiene el hierro?
Cuatro. El hierro es [Ar] 4s² 3d⁶: 4s está apareado y, de los seis electrones 3d, los cinco primeros van a cajas separadas y el sexto se aparea con uno de ellos, lo que deja cuatro flechas solas. Fe³⁺, [Ar] 3d⁵, tiene cinco, uno en cada caja 3d.
¿Cómo se hace el diagrama de orbitales de un ion?
Parte del diagrama del átomo neutro y añade o quita flechas según la carga. Los aniones colocan los electrones extra en la siguiente caja libre: Cl⁻ es [Ne] 3s² 3p⁶. Los cationes los pierden primero del n más alto, así que los metales de transición pierden 4s antes que 3d: Fe³⁺ es [Ar] 3d⁵, cinco flechas solas y ninguna caja 4s.
¿Qué muestra un diagrama de orbitales de los electrones de valencia?
Solo la capa externa: las cajas s y p del n más alto, con el núcleo escrito como símbolo de gas noble. El del azufre es [Ne] seguido de 3s ↑↓ y 3p ↑↓ ↑ ↑, sus 6 electrones de valencia y 2 desapareados. En los metales de transición se suelen dibujar también las cajas 3d, porque esos electrones participan en el enlace.
¿Por qué las dos flechas de una caja apuntan en sentidos opuestos?
Por el principio de exclusión de Pauli: dos electrones del mismo orbital deben tener espines opuestos, +½ y −½, dibujados como una flecha hacia arriba y otra hacia abajo. Ningún orbital admite un tercer electrón, así que una caja nunca lleva más de dos flechas.
Fuentes
- 5.17: Hund's Rule and Orbital Filling Diagrams, Introductory Chemistry (CK-12) — LibreTexts
- Orbital Diagrams, General Chemistry — Chemistry Steps
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