La configuration électronique d'un atome ou d'un ion décrit la répartition de ses électrons dans les sous-couches atomiques \((n, \ell)\), à l'état fondamental (énergie minimale). Elle détermine la position de l'élément dans la classification périodique : la période correspond à la valeur de \(n\) de la couche de valence occupée en dernier, la colonne à la structure de cette configuration de valence.
La notation standard est \(n\ell^{x}\), où \(x\) est le nombre d'électrons dans la sous-couche, classées par ordre de remplissage croissant. Exemple, le fer (\(Z=26\)) : \(1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^6\), abrégeable en \([\mathrm{Ar}]\,4s^2\,3d^6\) avec le cœur de gaz noble précédent.
Trois règles construisent une configuration à l'état fondamental :
- Principe d'exclusion de Pauli : deux électrons d'un même atome ne peuvent avoir les quatre mêmes nombres quantiques \((n, \ell, m_\ell, m_s)\) — au plus 2 électrons par case quantique, de spins opposés.
- Règle de Hund : le remplissage d'une sous-couche dégénérée occupe d'abord un maximum de cases différentes avec des spins parallèles, avant tout appariement.
- Règle de Klechkowski (Madelung) : les sous-couches se remplissent par \(n+\ell\) croissant, et à \(n+\ell\) égal, par \(n\) croissant. C'est un modèle empirique à un électron, pas une loi fondamentale : le critère physique réel est la minimisation de l'énergie totale du système polyélectronique.
Exceptions notables : chrome (\(Z=24\)) : \([\mathrm{Ar}]\,4s^1\,3d^5\) au lieu de \(4s^2 3d^4\) (sous-couche \(3d\) à demi-remplie, stabilisante) ; cuivre (\(Z=29\)) : \([\mathrm{Ar}]\,4s^1\,3d^{10}\) au lieu de \(4s^2 3d^9\) (sous-couche \(3d\) totalement remplie).
Pièges classiques :
- Lors de l'ionisation d'un métal de transition, on retire toujours d'abord les électrons \(ns\), jamais les \((n-1)d\), même si ceux-ci ont été occupés en dernier selon Klechkowski. Exemple : \(\mathrm{Fe} : [\mathrm{Ar}]\,3d^6\,4s^2 \rightarrow \mathrm{Fe}^{2+} : [\mathrm{Ar}]\,3d^6\).
- Ne pas confondre couche (nombre quantique \(n\), notation K-L-M au lycée) et sous-couche (\(n, \ell\), notation \(s, p, d, f\) en CPGE).