Definición del principio de Aufbau

El principio de Aufbau, también conocido con el nombre de la «regla del Serrucho», es un sistema muy útil que nos permite conocer la configuración electrónica de un átomo simplemente sabiendo el número total de electrones que posee.

Significado del principio de Aufbau

El principio de Aufbau proviene del término alemán Aufbauprinzip. Este término se utilizó por primera vez para designar al modelo atómico de Bohr. La palabra Aufbau proviene, a su vez, del verbo alemán que significa «construir». Como su nombre lo indica, se puede traducir como «principio de construcción» ya que el objetivo de este principio es «ayudar a construir el átomo». Se lo conoce también como regla del Serrucho o regla de Madelung.

El principio de Aufbau y la configuración electrónica

El principio de Aufbau determina, a través de ciertas reglas, cómo se organizan los electrones en capas y subcapas alrededor del núcleo atómico:

• Los electrones ingresan a la subcapa que tiene la menor energía posible.
• Un orbital puede contener como máximo dos electrones, obedeciendo el principio de exclusión de Pauli.
• Los electrones siguen la regla de Hund. En esta se establece que los electrones se dispersan si hay dos o más orbitales que son equivalentes en energía.
• Los orbitales de electrones inferiores se llenan antes que los orbitales superiores formando la capa de electrones. El resultado final es que el átomo, ion o molécula forma la configuración electrónica más estable posible.

El principio de Aufbau abarca los niveles de energía 1 al 7, y los subniveles: «s» (2 electrones), «p» (hasta 6 electrones), «d» (hasta 10 electrones) y «f» (hasta 14 electrones).

En el estado elemental de un átomo, los electrones ocupan orbitales atómicos. El método de construcción de Aufbau es el procedimiento que establece la configuración electrónica de un átomo y consiste en seguir un orden para llenar los distintos orbitales, basándose en los valores de energía de cada uno de ellos. Para ello, se utiliza el diagrama de Möller o de las diagonales, así como la regla de la energía mínima (n+l): “n” es el número cuántico principal y “l” el número cuántico azimutal.

Ejemplos del principio de Aufbau

A través de estas reglas, el principio de Aufbau nos brinda una serie de instrucciones para la correcta ubicación de los electrones en los orbitales de un átomo. Algunos ejemplos para observar la configuración electrónica según el principio de Aufbau son:

• Hidrógeno (Z=1): 1s¹
• Carbono (Z=6): 1s² 2s² 2p²
• Boro (Z=5): 1s² 2s² 2p¹
• Nitrógeno (Z=7): 1s² 2s² 2p³
• Oxigeno (Z=8): 1s² 2s² 2p⁴
• Potasio (Z=19): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹
• Hierro (Z=26): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶
• Estaño (Z=50): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p²

Limitaciones del principio de Aufbau

El principio de Aufbau ayuda a prever las configuraciones de la mayoría de los elementos. Sin embargo, como ocurre con la mayoría de las reglas, en el principio de Aufbau también hay excepciones: algunos elementos no siempre lo siguen. Por ejemplo, la configuración electrónica prevista para el cromo (Cr) es 4s²3d⁴, pero la configuración que se observa es en realidad 4s¹3d⁵.

Otro ejemplo es el cobre (Cu). Su configuración electrónica según el principio de Aufbau es 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁹, pero se probó de manera experimental que en realidad es 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d¹⁰.

Bibliografía

• Facultad de Farmacia. La estructura electrónica de los átomos. (1993). Universidad de Alcalá. Disponible en: http://www.geocities.ws/ingenierosistemas1/estructuraelectronicaatomos.pdf
• Grillo, C. Principio de Aufbau o Regla del Serrucho. (2013). Disponible en: https://youtu.be/EiT0qHAKeRs
• Blanco Ramos, F. Introducción a la Física de Átomos y Moléculas. (2019). España.