La configuración electrónica de un átomo es el inventario de sus electrones, ordenados por energía creciente. Para el carbono: 1s² 2s² 2p², es decir, 2 electrones en la capa 1s, 2 en 2s y 2 en 2p. Esta notación compacta contiene una cantidad sorprendente de información, una vez que sabes descifrarla.
Estructura de la notación
Cada bloque se escribe n l ˣ, donde: - n es el número cuántico principal (1, 2, 3, …): la «capa». - l es la subcapa, designada con una letra: s (l = 0), p (l = 1), d (l = 2), f (l = 3). - x es el número de electrones de esa subcapa, escrito como superíndice.
Capacidad máxima por subcapa: s = 2, p = 6, d = 10, f = 14. Estos números se deben a que una subcapa contiene 2l + 1 orbitales, cada uno con un máximo de 2 electrones (principio de Pauli).
Orden de llenado: la regla de Madelung (Klechkowski)
Las subcapas no se llenan por orden de n creciente. Siguen la regla de Madelung (regla n + l): se llena primero la subcapa con menor n + l; si n + l es igual, la de menor n.
El orden es:
1s · 2s · 2p · 3s · 3p · 4s · 3d · 4p · 5s · 4d · 5p · 6s · 4f · 5d · 6p · 7s · 5f · 6d · 7p
Por eso el potasio (Z = 19) coloca su electrón número 19 en 4s y no en 3d: 4 + 0 = 4 < 3 + 2 = 5.
Las tres reglas de llenado
Dentro de una subcapa, los electrones obedecen tres principios:
1. Pauli: dos electrones de un mismo átomo no pueden compartir los cuatro números cuánticos. Consecuencia: máximo 2 electrones por orbital, con espines opuestos. 2. Hund: los electrones de una misma subcapa ocupan primero cada orbital de forma individual (espines paralelos) antes de aparearse. Así, el carbono es 2p² con dos orbitales p ocupados por un solo electrón (y no uno doblemente ocupado). 3. Aufbau: se llena de menor a mayor energía, siguiendo el orden de Madelung.
Notación condensada
Para los átomos pesados, la configuración completa se vuelve inmanejable. La notación condensada usa como base el gas noble anterior. Hierro (Z = 26):
- Completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶
- Condensada: [Ar] 4s² 3d⁶
[Ar] representa la configuración del argón (Z = 18). Ganas legibilidad y destacas los electrones de valencia (los que están más allá del gas noble), que son los que dirigen la química.
Las excepciones: Cr, Cu, Mo, Ag, Au, Pd…
La regla de Madelung no es universal. En unos pocos elementos, las configuraciones «anómalas» resultan energéticamente más favorables:
- Cromo (Z = 24): [Ar] 4s¹ 3d⁵ en lugar de [Ar] 4s² 3d⁴. Una subcapa d semillena es especialmente estable.
- Cobre (Z = 29): [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ en lugar de [Ar] 4s² 3d⁹. Una subcapa d completamente llena es especialmente estable.
Estas excepciones provienen de la energía de intercambio entre electrones de espín paralelo, que es máxima en las configuraciones d⁵ y d¹⁰. Las mismas anomalías se repiten más abajo en la tabla (Mo, Ag, Au).
Por qué importa
La configuración electrónica te permite predecir:
- El número de oxidación típico (los electrones de valencia son los primeros en salir).
- La familia del elemento (alcalino = ns¹, gas noble = ns² np⁶, etc.).
- La reactividad (las capas llenas son estables, las capas a las que les falta un electrón son reactivas).
- Los enlaces que el elemento puede formar (orbitales disponibles para la covalencia).
Es la herramienta más económica para entender por qué la química repite patrones periódicos. Aprender a leer una configuración en 30 segundos es una inversión que le rinde frutos a un químico durante toda la vida.