Configuración electrónica

Stephen Rhoton

Graduado en Ingeniería de Sistemas Biológicos

La configuración electrónica de un elemento es una representación de la estructura electrónica del átomo. Nos muestra dónde se ubican los electrones en los distintos niveles y subniveles energéticos y orbitales que rodean el núcleo atómico.

Para los 118 elementos confirmados, los electrones se posicionan en siete niveles energéticos o capas. El primero, 1, es el de menor energía y más cercano al núcleo atómico. Conforme aumenta el nivel energético, los electrones tendrán más energía, pero estarán más alejados del núcleo.

Representación simplificada de los tres primeros niveles energéticos.

Dentro de cada nivel hay subniveles o subcapas que albergan electrones. Dependiendo del subnivel, podrá contener uno o más pares de electrones:

• Subnivel s: es el subnivel más pequeño. Contiene un orbital, por lo que puede albergar un par de electrones, con un total de 2.
• Subnivel p: contiene tres orbitales, por lo que puede albergar tres pares de electrones, con un total de 6.
• Subnivel d: contiene cinco orbitales, por lo que puede albergar cinco pares de electrones, con un total de 10.
• Subnivel f: contiene siete orbitales, por lo que puede albergar siete pares de electrones, con un total de 14.

Para saber en qué orden y cómo se colocan los electrones por niveles y subniveles, nos podemos servir del siguiente diagrama:

El diagrama está basado en el principio de Aufbau y la regla de ordenación de Madelung. En conjunto, ambos establecen que un átomo primero llena los niveles energéticos más bajos y subniveles más pequeños. Es decir, primero se llenará el nivel 1 y subnivel s, o 1s, antes del resto. Luego, los electrones ocuparán los subniveles 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, etc.

Para ilustrar cuántos electrones hay en un subnivel, nos servimos del superíndice. Por ejemplo, si el subnivel 2p de un átomo contiene cinco electrones, lo representamos como 2p⁵. De esta forma, la configuración electrónica de un átomo nos informa tanto de la ubicación de los electrones como de la cantidad.

Para terminar, podemos emplear la notación de Kernel para simplificar configuraciones electrónicas usando los gases nobles como referencia. Por ejemplo, la configuración del sodio se escribe como 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ o [Ne] 3s¹, tomando como referencia el neón.

Ejemplos de configuración electrónica

Configuración electrónica del nitrógeno

El nitrógeno es un elemento que, en su isótopo más estable y abundante, contiene 7 electrones y protones. Al haber más de dos electrones, eso implica que el primer nivel se llenará completamente. Por lo tanto, empezamos con 1s², o sea, dos electrones emparejados.

Faltan 5 electrones por ubicar. Según el diagrama, el siguiente nivel y subnivel es el 2s. Como siguen quedando más de dos electrones, este nivel también se llena y obtenemos 2s². Los últimos 3 electrones se colocan en el subnivel 2p, dando lugar a 2p³.

En resumen, la configuración electrónica del nitrógeno es 1s² 2s² 2p³, o [He] 2s² 2p³ según la notación de Kernel.

Configuración electrónica del calcio

El calcio es un elemento que posee 20 electrones y protones, por lo que es más pesado que el nitrógeno. Si partimos de la configuración electrónica anterior, vemos que podemos llenar los subniveles 1s² 2s² 2p⁶.

Los 10 electrones restantes se repartirán en los próximos subniveles. Si nos fijamos en el diagrama, vemos que los próximos tres subniveles son el 3s, 3p y 4s, los cuales suman un total de 10 espacios para electrones. Por lo tanto, estos subniveles también se llenan, dando lugar a 3s² 3p⁶ 4s².

Es decir, la configuración electrónica del calcio es 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s², o [Ar] 4s² según la notación de Kernel.

Configuración electrónica del bromo

El bromo contiene 35 electrones, o sea, 15 más que el calcio. Si miramos el diagrama, el próximo subnivel a llenarse tras completar la configuración del calcio es el 3d, con espacio para 10 electrones. Hay electrones de sobra, así que el subnivel se llenará, resultando en 3d¹⁰.

Los 5 electrones que quedan se colocan en el siguiente subnivel, 4p, todos emparejados excepto uno. Entonces, la configuración electrónica del bromo es 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁵, o [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁵ según la notación de Kernel.

Alternativamente, la configuración se escribe como 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁵, intercambiando 4s² por 3d¹⁰ para tener los niveles energéticos ordenados de menor a mayor.

Configuración electrónica de todos los elementos

Abajo mostramos una tabla con todos los elementos confirmados, así como sus configuraciones electrónicas. Escribimos dichas configuraciones según la notación de Kernel, para simplificar y facilitar la legibilidad.

En el caso de los gases nobles, enmarcados en negrita, sí escribimos su configuración electrónica completa.

* Estos elementos contienen configuraciones electrónicas predichas, no probadas.

Otros detalles sobre las configuraciones electrónicas

Exceptuando el helio, todos los gases nobles terminan su configuración en Xs² Xp⁶. Esta es la configuración electrónica más estable que puede tener un nivel energético, y es la razón por la que los gases nobles son poco reactivos.

El principio de exclusión de Pauli establece que dos partículas no pueden tener un mismo estado cuántico. Dos electrones en un mismo nivel y subnivel energético se diferencian por su espín o momento angular intrínseco, que puede ser +1/2 o -1/2. Al existir solo dos valores posibles, el orbital de un subnivel no admite más de dos electrones.

El principio de Aufbau y la regla de Madelung no se aplican a todos los elementos. En concreto, los metales de transición y varios de los elementos más pesados presentan configuraciones distintas a las esperadas. Veamos el caso del cromo.

Caso especial: configuración electrónica del cromo

El cromo es un elemento que alberga 24 electrones. Si deducimos la configuración electrónica paso a paso, sirviéndonos del diagrama, obtendríamos 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁴.

Sin embargo, la configuración electrónica real es de 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d⁵, o [Ar] 4s¹ 3d⁵ según la notación de Kernel. La razón es que el subnivel d es más estable estando medio lleno que conteniendo 4 electrones. Por ello, un electrón del subnivel s se desplaza hacia el subnivel d, resultando en 4s¹ 3d⁵.

Además del cromo, hay otros elementos cuya configuración no sigue el diagrama de forma estricta, como el níquel, el cobre, la plata o el cerio.

Vea también Átomo, Electrón y Orbitales atómicos.

Cómo citar: Rhoton, Stephen (29/11/2023). "Configuración electrónica". En: Significados.com. Disponible en: https://www.significados.com/configuracion-electronica/ Consultado: