Aufbau znamená v němčině „hromadění“ a Aufbauův princip uvádí, že elektrony vyplňují elektronové skořápky kolem atomů podle energetické úrovně. To znamená, že elektronové skořápky a subshells kolem atomů jsou vyplněny zevnitř ven, s výjimkou některé případy, kdy vnější plášť má nízkou hladinu energie a částečně se zaplní před vnitřním pláštěm úplný.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Výjimky z principu Aufbau jsou založeny na skutečnosti, že několik atomů je stabilnějších, když jejich elektrony vyplňují nebo napůl naplňují elektronový obal nebo subshell. Podle Aufbauova principu by tyto elektrony měly vždy vyplňovat skořápky a podškrty podle zvyšujících se energetických hladin. Prvky, jako je měď a chrom, jsou výjimkou, protože jejich elektrony zaplňují a napůl naplňují dvě podškrty, přičemž některé elektrony jsou ve skořápkách s vyšší úrovní energie.
Plnění elektronových skořápek a podškrupin
Elektrony kolem atomového jádra mají diskrétní energetické úrovně nazývané skořápky. Nejnižší energetická hladina je nejblíže jádru a má prostor pouze pro dva elektrony ve skořápce zvané skořápka s. V další skořápce je místo pro osm elektronů ve dvou dílčích skořápkách, pod a skořápkách p. Třetí skořápka má místo pro 18 elektronů ve třech dílčích skořápkách, s, p a d. Čtvrtý shell má čtyři subshells, přidání f subshell. Podškrupiny s písmeny mají vždy prostor pro stejný počet elektronů: dva pro subshell, šest pro p, 10 pro d a 14 pro f.
K identifikaci subshellu je dáno číslo hlavního shellu a písmeno subshellu. Například vodík má svůj jediný elektron ve skořápce 1 s, zatímco kyslík, s osmi elektrony, má dva ve skořápce 1 s, dva v podsekci 2 s a čtyři v pod skořápce 2 p. Podškrty se plní v pořadí podle jejich čísel a písmen až do třetí skořápky.
3s a 3p subshells vyplnit s dvěma a šesti elektrony, ale další elektrony jdou do 4s subshell, ne 3d subshell, jak se očekávalo. Subshell 4s má nižší energetickou hladinu než 3d subshell a proto se naplní jako první. I když jsou čísla mimo pořadí, respektují Aufbauův princip, protože elektronové částice se plní podle jejich energetických úrovní.
Jak fungují výjimky
Princip Aufbau platí pro téměř všechny prvky, zejména v rámci nižších atomových čísel. Výjimky jsou založeny na skutečnosti, že poloplné nebo plné skořápky nebo podskořápky jsou stabilnější než částečně vyplněné. Když je rozdíl v energetických hladinách mezi dvěma podškrupinami malý, elektron se může přenést do pláště vyšší úrovně, aby jej naplnil nebo napůl naplnil. Elektron je v rozporu s Aufbauovým principem, protože porušuje princip Aufbau, protože atom je tímto způsobem stabilnější.
Plné nebo poloplné subshells jsou velmi stabilní a mají nižší energetickou hladinu, než by jinak měli. U několika prvků se normální posloupnost energetických hladin změní kvůli úplným nebo poloplným dílčím skořápkám. U prvků s vyšším atomovým číslem se rozdíly v energetických úrovních stávají velmi malými a změna vyplněním subshell je častější než u nižších atomových čísel. Například ruthenium, rhodium, stříbro a platina jsou všechny výjimky z principu Aufbau kvůli naplněným nebo napůl naplněným dílčím skořápkám.
U nižších atomových čísel je rozdíl v energetických hladinách pro normální sekvenci elektronových obalů větší a výjimky nejsou tak běžné. V prvních 30 prvcích jsou výjimkou z principu Aufbau pouze měď, atomové číslo 24 a chrom, atomové číslo 29.
Z celkového počtu 24 elektronů mědi doplňují energetické hladiny dvěma za 1 s, dvěma za 2 s, šesti za 2 p, dvěma za 3 s a šesti za 3 p, celkem tedy 18 v nižších hladinách. Zbývajících šest elektronů by mělo přejít do 4s a 3d subshells, se dvěma ve 4s a čtyřmi v 3d. Místo toho, protože d subshell má místo pro 10 elektronů, 3d subshell vezme pět ze šesti dostupných elctronů a ponechá jeden pro 4s subshell. Nyní jsou subškrty 4s a 3d napůl plné, stabilní konfigurace, ale výjimka z principu Aufbau.
Podobně má chrom 29 elektronů, 18 ve spodních skořápkách a 11 zbylých. Podle principu Aufbau by dva měly jít do 4s a devět do 3d. Ale 3d může pojmout 10 elektronů, takže pouze jeden přejde do 4 s, aby byl napůl plný, a 10 do 5 d, aby jej naplnil. Princip Aufbau funguje téměř po celou dobu, ale výjimky se vyskytují, když jsou dílčí skořápky poloplné nebo plné.