Configurazione elettronica degli elementi: regole ed esempi
8 Settembre 2026 · Mario Lomele
La configurazione elettronica descrive come gli elettroni di un atomo si distribuiscono negli orbitali. Saperla scrivere significa poter prevedere valenza, posizione nella tavola periodica e comportamento chimico di un elemento: è uno degli strumenti più redditizi della chimica generale.
La notazione
Ogni termine si scrive indicando il livello, il sottolivello e, come esponente, il numero di elettroni. Per esempio 1s² 2s² 2p⁶ significa due elettroni nel sottolivello s del primo livello, due nel s del secondo e sei nel p del secondo.
Le capienze sono fisse: s ospita 2 elettroni, p ne ospita 6, d ne ospita 10, f ne ospita 14.
L’ordine di riempimento
Gli orbitali si riempiono in ordine di energia crescente, non di numero crescente. L’ordine, ricavabile con la regola della diagonale, è:
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d
Il punto che sorprende è il 4s prima del 3d, e più avanti il 6s prima del 4f. Dipende dalla somma n + l, come spiegato nella pagina sui numeri quantici.
La notazione compatta
Per gli elementi pesanti si abbrevia indicando fra parentesi quadre il gas nobile precedente e scrivendo solo gli elettroni aggiunti. Il ferro, che ha 26 elettroni, si scrive [Ar] 4s² 3d⁶ invece dell’intera sequenza.
È la forma preferibile negli esercizi, perché mette in evidenza esattamente ciò che conta: gli elettroni esterni.
Gli elettroni di valenza
Sono gli elettroni del livello più esterno, quelli che partecipano ai legami. Per gli elementi dei gruppi principali il loro numero corrisponde al numero del gruppo secondo la vecchia numerazione romana: il cloro, del gruppo VIIA, ne ha sette.
Sono gli elettroni di valenza a determinare il comportamento chimico: elementi dello stesso gruppo hanno configurazioni esterne analoghe e per questo proprietà simili.
La configurazione degli ioni
Due regole distinte, ed è qui che si concentra l’errore più frequente:
- gli anioni si ottengono aggiungendo elettroni secondo l’ordine di riempimento;
- i cationi si ottengono togliendo elettroni prima dagli orbitali con n maggiore, non nell’ordine inverso di riempimento.
Per i metalli di transizione questo significa che si tolgono prima gli elettroni s del livello esterno, poi quelli d. Il ferro, [Ar] 4s² 3d⁶, diventa Fe²⁺ come [Ar] 3d⁶ e Fe³⁺ come [Ar] 3d⁵: si sottraggono i 4s per primi, anche se erano stati riempiti prima.
Le eccezioni
Sottolivelli semipieni o completamente pieni sono particolarmente stabili, e alcuni elementi riorganizzano gli elettroni per raggiungerli:
- cromo: [Ar] 4s¹ 3d⁵, con due sottolivelli semipieni, invece di [Ar] 4s² 3d⁴;
- rame: [Ar] 4s¹ 3d¹⁰, con il d completo, invece di [Ar] 4s² 3d⁹.
Come leggere la tavola periodica
La tavola è organizzata proprio secondo le configurazioni:
- i gruppi 1 e 2 costituiscono il blocco s;
- i gruppi da 13 a 18 il blocco p;
- i metalli di transizione il blocco d;
- lantanidi e attinidi il blocco f.
Il numero del periodo indica il livello più esterno in riempimento. Conoscendo la posizione di un elemento si può quindi ricostruire la sua configurazione senza memorizzarla.
Esempi svolti
- Ossigeno (Z = 8): 1s² 2s² 2p⁴, sei elettroni di valenza;
- Sodio (Z = 11): [Ne] 3s¹, un elettrone di valenza, facilmente ceduto;
- Cloro (Z = 17): [Ne] 3s² 3p⁵, sette elettroni di valenza, tende ad acquistarne uno;
- Calcio (Z = 20): [Ar] 4s²;
- Zinco (Z = 30): [Ar] 4s² 3d¹⁰.
Domande frequenti
Perché il 4s si riempie prima del 3d?
Perché ha energia minore, secondo la regola della somma n + l. È il motivo per cui il quarto periodo inizia con potassio e calcio prima dei metalli di transizione.
Da quale orbitale si tolgono gli elettroni negli ioni positivi?
Da quello con numero quantico principale più alto: nei metalli di transizione prima dai 4s, poi dai 3d.
Perché cromo e rame fanno eccezione?
Perché le configurazioni con sottolivello d semipieno o completo sono più stabili di quelle previste dall’ordine standard.
Come si contano gli elettroni di valenza?
Sono quelli del livello più esterno; per i gruppi principali corrispondono al numero del gruppo nella numerazione classica.
In sintesi
La configurazione elettronica si costruisce riempiendo gli orbitali in ordine di energia, rispettando Pauli, Aufbau e Hund, e si abbrevia con il gas nobile precedente. Le due cose da non sbagliare sono l’ordine 4s prima di 3d e la rimozione degli elettroni s per primi negli ioni positivi. Utili anche le pagine sui numeri quantici e sul bilanciamento redox, insieme ai quiz di chimica della piattaforma Accademia.
Approfondimento esterno: la voce sulla tavola periodica della Treccani collega configurazione elettronica e proprietà periodiche.