Konfigurazio elektroniko

	s (ℓ=0)	p (ℓ=1)
	m=0	m=0	m=±1
	s	pz	px	py
n=1
n=2

Konfigurazio elektronikoa Bohr ereduaren bitartez asmatu zen. Elektroiaren izaera mekaniko-kuantikoari lotuta elektroiaren ulerpenean aurrerapenak izan diren arren, ohikoa da geruza eta azpigeruzei buruz hitz egitea oraindik.

Elektroi-geruza bat oinarrizko zenbaki kuantiko (n) berdina partekatzen duten egoera baimenduen zerrenda da. Atomo baten n. elektroi-geruzak 2n² elektroi osta ditzake; adibidez, lehenengo geruzak 2 elektroi har dezake, bigarrenak 8, hirugarrenak 18, eta abar. 2 berretzailearen jatorria elektroi biraren egoerak ematen du. Orbital atomiko bakoitzak kontrako spina duten bi elektroi baimentzen ditu, bat +1/2 spinarekin (goranzko gezi batekin denotatuta normalean), eta bestea -1/2 spinarekin (beheranzko geziarekin).

Azpigeruza bat geruza baten barneko egoera taldea da, zenbaki kuantiko azimutal komun batek definituta, ℓ. ℓ = 0, 1, 2, 3 balioek s, p, d eta f etiketei dagozkie, hurrenez hurren. Esate baterako, 3d azpigeruzak n = 3 eta ℓ = 2 edukiko ditu. Azpigeruza batean kokatuta egon daitekeen elektroi kopuru maximoak 2(2ℓ+1) adierazpenak mugatzen du. Honek bi elektroi ematen dio s azpigeruzari, sei elektroi p azpigeruzari, hamar elektroi d azpigeruzari eta hamalau elektroi f azpigeruzari. Geruzek eta azpigeruzek osta ditzaketen elektroi kopurua mekanika kuantikoaren ekuazioetatik dator, bereziki Pauliren bazterketa printzipiotik. Honek zehazten du atomo bereko bi elektroik ezin dituztela lau zenbaki kuantiko berdinak izan.

Notazio estandarra erabiltzen da atomoen eta molekulen konfigurazio elektronikoa ezaugarritzeko. Atomoentzako, notazioak orbital atomikoen definizioa du (n ℓ itxuran, adibidez, 1s, 2p, 3d, 4f orbital bakoitzari esleitutako elektroi kopurua aginduz (edo azpigeruza beraren orbital multzoari) goi-indize baten bitartez. Adibidez, hidrogenoak elektroi bat du lehenengo geruzaren s orbitalean, hortaz bere adierazpena 1s¹ da. Litioak bi elektroi ditu 1s azpigeruzan eta bat 2s azpigeruzan (energia handiagokoa). Hori dela eta, bere konfigurazioa 1s² 2s¹ idazten da (bat-ese-bat, bi-ese-bat ahoskatua). Fosforoarentzako (zenbaki atomikoa: 15), horrela idatziko da: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³.

Elektroi kopuru handia duten atomoentzako notazio hau oso luzea izan daiteke, eta horregatik, notazio laburtua erabiltzen da, lehenengo azpigeruzak gas noble batenak direla kontuan hartzen. Adibidez, fosforoa argon eta neonetik (1s² 2s² 2p⁶) aldentzen da bakarrik hirugarren geruzaren presentziaren ondorioz. Horrela, neonaren konfigurazio elektronikoarekiko adieraz daiteke fosforoaren konfigurazio elektronikoa: [Ne] 3s² 3p². Notazio hau erabilgarria da gogoan hartzen bada elementuen propietate kimiko gehienak kanpoko geruzetatik baldintzatuta datozela.

Orbitalen idazte ordena orbitalen egonkortasun erlatibotik dator, energia orbital txikiena dutenak idatziz lehentasunez. Honen esangura da, idazkerak erregela batzuk jarraitzen dituen arren, salbuespenak aurkitzen direla. Atomoen gehienezkoak Madelung erregelak zehaztutako ordena jarraitzen du. Horren arabera, burdinaren konfigurazio elektronikoa honela idatziko litzateke: [Ar] 4s² 3d⁶. Beste notazio eredu batek orbitalak antolatzen ditu lehenengo zenbaki kuantikoaren arabera, burdinaren adierazpena era honetan aldatuz: [Ar] 3d⁶ 4s² (argonaren konfigurazioan inplizituak aurkitzen diren 3s eta 3p orbitalekin elkartuz 3d orbitala). Elektroi batek betetako orbitalen 1 goi-indizea ez da derrigorrezkoa.

Niels Bohr (1923) izan zen elementuen propietateen periodizitatea atomoaren elektroi egituran azalduta egon zitekeela proposatu zuen lehenengo pertsona.[1] Haren proposamenak oraingo Bohren atomo ereduan oinarrituta daude, non elektroi geruzak orbitalak ziren nukleotik distantzia batera zehaztuta. Gaur egun, Bohren jatorrizko konfigurazioa erabili beharrean, era laburtua erabiltzen da: sufrea 2, 4, 4, 6 eran, 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ (2.8.6) idatzi beharrean. Hurrengo urtean, E. C. Stonerrek Sommerfeldren hirugarren zenbaki kuantikoa barneratu zion elektroi geruzen deskribapenari, eta zuzenki aurreikusi zuen sufrearen egitura 2, 8, 6 eran. Hala ere, Bohren eta Stonerren sistemek ezin zuten zuzenki deskribatu eremu magnetiko baten barneko espektro atomikoa (Zeeman efektua). Bohrek ezagutzen zituen eragozpen hauek (eta beste batzuk), eta Wolfgang Pauli bere lagunari idatzi zion laguntza eske teoria kuantikoa salbatzeko asmoz (gaur egun “teoria kuantiko zaharra” gisa ezagutzen dena). Pauli konturatu zen Zeeman efektuaren eragile bakarra atomoaren kanpoaldeko geruza zela. Hortaz, Pauli Stonerren geruza egitura erreproduzitzeko gai izan zen, baina azpigeruzen egitura zuzena erabiliz, laugarren zenbaki atomikoaren barnerapenarekin bere inklusio printzipioaren (1925) [2] bitartez.

Debekatuta dago n zenbaki kuantiko nagusia duten elektroi bat baino gehiagok beste hiru zenbaki kuantiko berdinak izatea k [l], j [ml] eta m [ms]. Schrödingerren ekuazioak[3], 1926an argitaratuak, adierazten du lau zenbaki kuantikoetatik hiru hidrogeno atomoarentzako haren ebazpenaren ondorio zuzenak direla. Soluzio hau gaur egungo kimikako testuliburuetan aurkitzen den orbital atomikoak ematen ditu. Espektro atomikoaren ikerkuntzak atomoen konfigurazio elektronikoa esperimentalki zehazteko aukera eman zuen, eta arau enpiriko bati (Madelung erregelaz (1936)[4] ezagutua) bidea eman zion orbital atomikoen elektroi antolaketa zehazteko.

Azpi-maila eta orbitaletan antolatutako elektroien antolaketa da. Elementuen konfigurazio elektronikoa Moellerren diagramaren bitartez irudikatzen da. Moellerren diagrama ulertzeko hurrengo taula erabiltzen da:

Distribuzio elektronikoa aurkitzeko diagonaletan idazten dira notazioak, goitik behera eta eskuinetik ezkerrera (koloreak jarraitu).

Eraiketa printzipio hau (Aufbau printzipio izenarekin, alemanetik “eraikuntza”) Bohri esleitutako konfigurazio elektronikoko kontzeptu oso garrantzitsua izan zen. Era honetan formula daiteke:[5]

Orbitalak bakarrik egon daitezke okupatuta bi elektroiez gehienez, maila energetikoen orden gorakorrarekin: energia gutxiagoko orbitalak energia handiagokoak baino lehen betetzen dira.

Hala, elementuen atomoak duten egitura elektronikoa deskribatzeko orbitalen maila energetikoaren ordena erabil daitekeela ikusten da. Azpi-maila bat 1 edo 2 elektroirekin bete daiteke. p azpi-mailak 1 eta 6 arteko elektroi izan ditzake; d azpi-mailak 1 eta 10 bitartean eta f azpi-mailak 1 eta 14 elektroi bitartean. Orain, posiblea da deskribatzea atomoen egitura elektronikoa elektroien azpi-maila edo distribuzio orbitala zehazten. Elektroiak energia gutxiagoko orbitaletan kokatuko dira lehenengo; hauek guztiz beteta daudenean, energia handiagoko hurrengo azpi-maila erabiltzen da. Hau hurrengo taularen bitartez adierazi daiteke:

Konfigurazio elektronikoa aurkitzeko aurreko prozedura berbera erabiltzen da, orbital bakoitzeko elektroi kopuru maximoa gaineratuz.

Azkenik, konfigurazioa hurrengo moduan geratzen da: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s² 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7p⁶. Elementu baten konfigurazio elektronikoa zehazteko, zenbat elektroi moldatu behar diren kalkulatzearekin aski da, eta gero azpigeruzetan antolatu behar dira energia gutxikoetatik hasiz eta azpigeruzak betez. Beste elementu batekin konparatuz, unitate batez zenbaki atomiko handiagoa duen elementu batek elektroi unitate bat gehiago izango du. Energia azpigeruzak horrela areagotzen dira:

- s, p, d, f azpi-mailak: energia areagotzen da.

Dena den, salbuespenak existitzen dira trantsizio elementu batzuk kobre eta kromoaren kokapenean jartzean, non elektroia bultzatu egiten baita ez-ohiko konfigurazio bat emanez.

• Konfigurazio elektroniko etzanak Moeller-diagramaren salbuespenak dira.
• Konfigurazio elektroniko lodiak iragarpenak dira.