La configurazione elettronica di solito si riferisce alla disposizione degli elettroni attorno al nucleo di un atomo nel suo stato fondamentale, lo stato in cui tutti gli elettroni dell’atomo esistono al livello di energia più basso possibile. I diversi livelli di energia occupati dagli elettroni sono spesso indicati come gusci che circondano il nucleo dell’atomo. Ogni guscio è designato da un numero intero, che inizia con 1. Maggiore è il numero del guscio, maggiore è la sua distanza dal nucleo dell’atomo. Gli elettroni in ogni shell esistono in regioni chiamate orbitali o sottoshell che sono designate s, p, d e f.
Ciascun guscio elettronico può essere occupato da non più di 2n2 elettroni, in cui “n” sta per il numero di guscio. Il primo guscio, quello più vicino al nucleo, conterrà quindi solo due elettroni, il secondo otto, il terzo 18 e così via. All’interno di un guscio, ogni orbitale può essere occupato da non più di due elettroni.
Ogni guscio contiene lo stesso tipo di orbitali trovati nel guscio precedente e anche un nuovo tipo di orbitale. Il primo guscio contiene solo un orbitale s, ma il secondo guscio contiene un orbitale s e tre orbitali p; ciascuno di questi orbitali p può contenere due elettroni, quindi gli orbitali p combinati all’interno di un guscio possono contenere fino a sei elettroni. Il terzo guscio ha un orbitale s, tre orbitali p e cinque orbitali d. I sette orbitali f si verificano prima nel quarto guscio, che contiene anche un orbitale s, tre orbitali p e cinque orbitali d. Gli orbitali oltre gli orbitali f esistono ma sono raramente discussi.
Un grafico di configurazione elettronica mostra l’ordine in cui sono riempiti gli orbitali all’interno dei gusci. Ad esempio, la configurazione elettronica per l’elemento sodio è 1s2 2s2 2p6 3s1, il che significa che gli 11 elettroni del sodio si trovano nel primo, secondo e terzo guscio elettronico. Gli orbitali s del primo e del secondo guscio contengono ciascuno due elettroni e l’orbitale p del secondo ha sei elettroni. L’orbitale s del terzo guscio contiene un solo elettrone; i suoi tre orbitali p e cinque orbitali d non sono occupati.
Quando si scrive la notazione della configurazione elettronica, l’apice sulla lettera che indica un tipo di orbitale non può mai essere superiore al numero massimo di elettroni che possono occupare quel tipo di orbitale. Gli apici per s, p, d e f non saranno mai maggiori di 2, 6, 10 e 14, rispettivamente.
I gusci e gli orbitali a energia inferiore vengono riempiti prima di quelli con un livello di energia più elevato. Ciò non significa, tuttavia, che un guscio sarà completamente riempito prima che gli elettroni inizino ad occupare il guscio successivo. Un grafico di configurazione mostra che l’orbitale 4s sarà occupato prima degli orbitali 3d. Ciò accade perché all’aumentare del numero di elettroni, gli elettroni interagiscono tra loro e creano condizioni in cui l’orbitale più alto è lo stato di energia più basso da occupare per l’elettrone successivo.
La comprensione della configurazione elettronica è particolarmente importante per lo studio della chimica. Questo perché le reazioni chimiche generalmente si verificano negli elettroni di valenza o del guscio esterno. La configurazione elettronica del guscio di valenza fornisce importanti informazioni su come ogni elemento reagisce con gli altri.