קונפיגורציות אלקטרונים

תצורת האלקטרונים של אטום מייצגת את התפלגות האלקטרונים בין האורביטלים האטומיים שלו. ניתן להרחיב את עקרון ההרחקה של פאולי, את חוק הריבוי המרבי של הונד ואת עקרון אופבאו כדי לחזות את תצורת האלקטרונים של כל יסוד.

עקרון אופבאו קובע כי במצב הקרקע, אורביטלים אטומיים ממלאים סדר הולך וגדל של אנרגיה. האנרגיות היחסיות של אורביטלים אטומיים מנומקות על ידי אינטראקציות קולומב, אפקט המיגון וחדירה מסלולית.

חשבו על תצורת האלקטרונים של פחמן – יסוד שמספרו האטומי שש ולכן נייטרלי עם שישה אלקטרונים. אורביטל 1s, בעל האנרגיה הנמוכה ביותר, מתמלא ראשון.

על פי עקרון ההרחקה של פאולי, אין שני אלקטרונים באטום שיכולים להיות בעלי אותה קבוצה של ארבעה מספרים קוונטיים. מכיוון שלאלקטרונים באותו אורביטל יש את אותם מספרים קוונטיים ראשיים, אזימוטליים ומגנטיים, הם חייבים להיות בעלי מספרים קוונטיים ספין שונים.

מכיוון שלמספר קוונטי הספין יש רק שני ערכים אפשריים, אורביטל יכול להכיל רק שני אלקטרונים, עם ספינים מנוגדים.

למרות שהאנרגיה עולה עם מספר המעטפת, החדירה הגדולה יותר של אורביטלי s מורידה את האנרגיה של אורביטלי s ביחס לזו של אורביטלי p.

לכן, שני האלקטרונים הבאים תופסים את אורביטל 2s והחמישי נכנס לתת-הקליפה 2p. מכיוון שאורביטלים בתוך תת-קליפה נחשבים מנוונים, האלקטרון החמישי יכול להיכנס לכל אחד משלושת אורביטלי 2p המנוונים.

האלקטרון השישי עוקב אחר חוק הריבוי המקסימלי של הונד ובאופן יחיד תופס אורביטל מנוון ולא זיווג. לפיכך, עבור פחמן, שני אלקטרונים 2p תופסים שני אורביטלים שונים ויש להם ספינים מקבילים.

דיאגרמת תצורת האלקטרונים מגלה שלפחמן יש שני אלקטרונים – הנקראים אלקטרונים ליבה – בקליפה הפנימית וארבעה אלקטרונים – הנקראים אלקטרונים ערכיים – בקליפה החיצונית ביותר.

ניתן לזכור את סדר האורביטלים האטומיים ביחס לאנרגיות שלהם באמצעות דיאגרמות כאלה, שבהן נתיב החץ חושף את הרצף שבו אלקטרונים מוקצים לאורביטלים.

עם זאת, התקדמות זו נעשית מורכבת יותר ככל שאורביטלי d ו-f מוצגים והרצף נעשה פחות צפוי עבור רכיבי מעבר, לנתנידים ואקטינידים.