Es habitual predecir la configuración electrónica de un elemento químico de número atómico Z (es decir, Z electrones) sirviéndose del diagrama que se muestra, el cual se basa en la llamada regla (n+ℓ, n), conocida también como regla de Madelung (se explica más abajo). Basta ir “colocando” los Z electrones en las “cajas” siguiendo el orden de las flechas (de derecha a izquierda y de arriba abajo).
Por ejemplo, la configuración electrónica del lantano (Z = 57) deducida del diagrama sería:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f1
Pero debe tenerse en cuenta que la configuración real de algunos elementos, es decir, la que se deduce por espectroscopía atómica, no es la que predice el diagrama. Así, el lantano tiene realmente esta configuración:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 5d1
La siguiente tabla contiene las configuraciones de todos los elementos que son excepciones a la regla, señalándose en rojo en qué parte de la configuración está la discrepancia entre la predicción de la regla de Madelung y los experimentos.
| Z | Elemento | Madelung | Experimental |
| 24 | Cromo | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 |
| 29 | Cobre | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 |
| 41 | Niobio | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d3 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d4 |
| 42 | Molibdeno | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d4 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d5 |
| 44 | Rutenio | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d6 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d7 |
| 45 | Rodio | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d7 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d8 |
| 46 | Paladio | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d8 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 4d10 |
| 47 | Plata | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d9 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d10 |
| 57 | Lantano | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f1 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 5d1 |
| 58 | Cerio | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f2 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d105p6 6s2 4f1 5d1 |
| 64 | Gadolinio | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f8 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f7 5d1 |
| 78 | Platino | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d8 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1 4f14 5d9 |
| 79 | Oro | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d9 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1 4f14 5d10 |
| 89 | Actinio | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f1 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 6d1 |
| 90 | Torio | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f2 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 6d2 |
| 91 | Protactinio | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f3 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f2 6d1 |
| 92 | Uranio | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f4 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f3 6d1 |
| 93 | Neptunio | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f5 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f4 6d1 |
| 96 | Curio | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f8 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f7 6d1 |
| 103 | Lawrencio | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d1 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 7p1 |
Además de los elementos mencionados, es de esperar que algunos otros entre el 105 y el 118 tengan configuraciones distintas de las predichas por la regla de Madelung. (El 104 se adapta a esta regla). Se piensa que pueden presentar diferencias al menos los elementos 110 y 111. Pero todos estos elementos son radiactivos y tienen un periodo de vida media muy corto, lo que hace muy difícil realizar estudios espectroscópicos para determinar su configuración real. No obstante, se están haciendo predicciones de sus configuraciones mediante cálculos mecanocuánticos.
(Las configuraciones de todos los elementos, completas, pueden verse aquí)
La regla (n+ℓ, n)
La regla de Madelung (llamada de Klechkowski en Rusia y en países francófonos) indica el orden de “llenado” de los orbitales atómicos cuando se aplica el principio de construcción o Aufbau. Esta regla es:
Se llenan primero los orbitales de menor valor n + ℓ.
Para dos orbitales con el mismo valor n + ℓ, se llena primero el de menor n.
Según dicha regla, el orden de “llenado” de los orbitales es:
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p
Ese orden es el que está indicado en el diagrama dibujado más arriba (llamado en algunos países de Moeller, aunque en otros como Brasil se le conoce como de Pauling).
Pero la regla de Madelung, como toda regla, tiene sus excepciones. Se conocen bien las 20 excepciones contenidas en la tabla anterior (10 metales de transición y 10 lantánidos y actínidos). La excepción del lantano, mencionada más arriba, consiste en que, según la regla de Madelung, el último orbital que defería llenarse sería el 5f; sin embargo, es el 5d. Otras excepciones consisten en que, antes de llenarse completamente el orbital que corresponde según el diagrama, se empieza a llenar otro orbital. Por ejemplo, la configuración del cromo predicha por la regla de Madelung sería:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4
Esto significa que el orbital 4s se llena completamente y los cuatro electrones que quedan por colocar entran en el orbital 3d. Sin embargo, lo que ocurre realmente es que, antes de llenarse completamente el 4s, los electrones ocupan posiciones en el 3d.
Las desviaciones de la regla cabe atribuirlas a dos causas:
- La especial estabilidad que tienen las subcapas llenas o semillenas. Así, suele ser más establa la configuración d5 que la d4 y la d10 que la d9.
- El valor parecido de energía entre orbitales s y d, d y f o d y p.
Referencias
- Configuraciones hasta el curio: Terry L. Meek, Leland C. Allen: Configuration irregularities: deviations from the Madelung rule and inversion of orbital energy levels, Chemical Physics Letters 362 (2002) 362–364.
- Configuración del laurencio: J.-P. Desclaux, B. Fricke : Relativistic prediction of the ground state of atomic Lawrencium. J. Phys. France 41, 943-946 (1980). DOI: 10.1051/jphys:01980004109094300.
interesante novedoso gracias por la ayuda
Muchas gracias.
Agradeceré me aclaren la siguiente confusión;
en la transición 2p10 a 5d5 del Kriptón86 se emite una onda de luz en la que 1 650 763.73 longitudes de onda determinan un nuevo metro patrón.
Tengo entendido que 2p10 significa capa2, subnivel p, 10 electrones; si el subnivel p tiene 3 orbitales y solo puede tener 2 electrones por orbital ¿por que dice p10?
Hola, José Luis. ¿Lo dice quién? Nosotros no. Pero es cierto que en muchísimas webs lo va a encontrar así. En realidad los números 10 y 5 deben ir como subíndices. No se refieren a número de electrones. Son parte de la descripción de los “términos espectrales” a los que se refieren. Los términos espectrales son etiquetas que ponen los espectroscopistas a los niveles de energía para distinguirlos. Tienen que ver con la configuración electrónica, por supuesto, pero no son la configuración electrónica.
hola, tienes conocimiento de algún material físico tal como un libro o una revista donde traten el tema aquí expuesto. Si es así por favor házmelo saber te lo agradecería.
Por ejemplo, en este libro:
Miessler, G. L.; Tarr, D. A. (1999). Inorganic Chemistry (2ª ed.). Prentice-Hall. p. 38.
O en este artículo:
Meek, Terry L.; Allen, Leland C. (2002). “Configuration irregularities: deviations from the Madelung rule and inversion of orbital energy levels”. Chem. Phys. Lett. 362 (5–6): 362–64. doi:10.1016/S0009-2614(02)00919-3.
Muy util, me sorprendio ver los metales de acuñacion en la lista
Hola tengo una duda, cómo sería hacer los números cuánticos del cromo, siguiendo la configuración de moller o la configuración real del cromo para determinar los números cuánticos, espero y me puedan ayudar:(
Aquí está: https://triplenlace.com/2019/07/19/todas-configuraciones-electronicas-elementos-quimicos-segn-regla-madelung/
Podrian hacer uno del elemento Berkelio por favor
Una pregunta la información sigue vigente como es del 2013 o se a actualizado
De las que se dan en la tabla, entiendo que las configuraciones hasta el curio ya no van a cambiar. La única que habría que comprobar es la del lawrencio.