Aufbau означава „изграждане“ на немски, а принципът на Aufbau гласи, че електроните запълват електронни черупки около атомите според енергийното ниво. Това означава, че електронните обвивки и под-черупки около атомите се запълват отвътре навън, с изключение на някои случаи, когато външната обвивка има ниско енергийно ниво и частично се запълва, преди да е вътрешната обвивка пълен.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Изключенията от принципа на Ауфбау се основават на факта, че няколко атома са по-стабилни, когато техните електрони запълват или допълват електронна обвивка или под обвивка. Съгласно принципа на Ауфбау, тези електрони винаги трябва да запълват черупки и подови черупки според нарастващите енергийни нива. Елементи като мед и хром са изключение, защото техните електрони запълват и запълват наполовина две подчерупки, като някои електрони са в обвивките с по-високо енергийно ниво.
Пълнене на електронни черупки и обвивки
Електроните около атомното ядро имат дискретни енергийни нива, наречени черупки. Най-ниското енергийно ниво е най-близо до ядрото и в него има място само за два електрона в черупката, наречена s черупка. Следващата обвивка има място за осем електрона в две под-черупки, s и p под-черупки. Третата черупка има място за 18 електрона в три под-черупки, s, p и d под-черупки. Четвъртата черупка има четири под-черупки, добавяйки f-под-черупката. Подбуквите с букви винаги имат място за един и същ брой електрони: два за s под обвивка s, шест за p, 10 за d и 14 за f.
За да се идентифицира под-черупка, му се дава номерът на основната обвивка и буквата на под-черупката. Например, водородът има единствения си електрон в 1s обвивката, докато кислородът с осем електрона има два в 1s обвивка, два в 2s под обвивка и четири в 2p под обвивка. Подчерупките се запълват в реда на техните числа и букви до третата обвивка.
Под-черупките 3s и 3p се запълват с два и шест електрона, но следващите електрони отиват в 4s под-черупката, а не в 3d-обвивката, както се очаква. 4s под-черупката има по-ниско енергийно ниво от 3d под-черупката и следователно се запълва първо. Въпреки че числата не са последователни, те спазват принципа на Aufbau, тъй като електронните под-черупки се пълнят според техните енергийни нива.
Как работят изключенията
Принципът на Aufbau е валиден за почти всички елементи, особено в рамките на долните атомни числа. Изключенията се основават на факта, че полупълните или пълните черупки или под обвивки са по-стабилни от частично напълнените. Когато разликата в енергийните нива между две подчерупки е малка, електрон може да се прехвърли в обвивката от по-високо ниво, за да я запълни или да я запълни наполовина. Електронът заема обвивката с по-високо енергийно ниво в нарушение на принципа на Ауфбау, тъй като атомът е по-стабилен по този начин.
Пълните или полупълните под-черупки са много стабилни и имат по-ниско енергийно ниво, отколкото биха имали иначе. За няколко елемента нормалната последователност от енергийни нива се променя поради пълни или полупълни под-черупки. За елементите с по-висок атомен номер разликите в енергийните нива стават много малки и промяната, дължаща се на запълване на подчерупка, е по-често срещана, отколкото при по-ниските атомни числа. Например рутений, родий, сребро и платина са изключения от принципа на Ауфбау поради пълни или полунапълнени под обвивки.
При по-ниските атомни числа разликата в енергийните нива за нормалната последователност на електронните обвивки е по-голяма и изключенията не са толкова чести. В първите 30 елемента само мед, атомно число 24 и хром, атомно число 29, са изключения от принципа на Ауфбау.
От общо 24 електрона на медта, те запълват енергийните нива с две в 1s, две в 2s, шест в 2p, две в 3s и шест в 3p за общо 18 в по-ниските нива. Останалите шест електрона трябва да влязат в 4s и 3d под-черупки, като два в 4s и четири в 3d. Вместо това, тъй като d-обвивката d има място за 10 електрона, 3d-обвивката отнема пет от шестте налични елктрона и оставя един за 4-та под-черупка. Сега и 4s, и 3d под-черупките са наполовина пълни, стабилна конфигурация, но изключение от принципа на Aufbau.
По същия начин хромът има 29 електрона с 18 в долните черупки и 11 останали. По принципа на Aufbau, две трябва да отидат в 4s и девет в 3d. Но 3d може да побере 10 електрона, така че само един преминава в 4s, за да го напълни наполовина, а 10 преминава в 5d, за да го запълни. Принципът на Aufbau работи почти през цялото време, но се случват изключения, когато под-черупките са наполовина пълни или пълни.