Aufbau betyder "opbygning" på tysk, og Aufbau-princippet siger, at elektroner fylder elektronskaller omkring atomer i henhold til energiniveauet. Dette betyder, at elektronskaller og subshells omkring atomer er fyldt indefra og ud, undtagen i nogle tilfælde hvor en ydre skal har et lavt energiniveau og delvis fyldes op, før en indre skal er fuld.
TL; DR (for lang; Læste ikke)
Undtagelser fra Aufbau-princippet er baseret på, at et par atomer er mere stabile, når deres elektroner fylder eller halvfylder en elektronskal eller subshell. I henhold til Aufbau-princippet skal disse elektroner altid fylde skaller og underskaller i henhold til stigende energiniveauer. Elementer som kobber og krom er undtagelser, fordi deres elektroner fylder og halvfylder to underskaller, med nogle elektroner i de højere energiniveauskaller.
Påfyldning af elektronskaller og underskaller
Elektronerne omkring en atomkerne har diskrete energiniveauer kaldet skaller. Det laveste energiniveau er tættest på kernen, og det har kun plads til to elektroner i en skal kaldet s shell. Den næste skal har plads til otte elektroner i to subshells, s og p subshells. Den tredje skal har plads til 18 elektroner i tre subshells, s, p og d subshells. Den fjerde skal har fire underskaller, der tilføjer f-underskallen. De bogstaverede subshells har altid plads til det samme antal elektroner: to til s subshell, seks for p, 10 for d og 14 for f.
For at identificere en subshell får den nummeret på hovedskallen og bogstaverne i subshell. For eksempel har brint sin eneste elektron i 1s-skallen, mens ilt med otte elektroner har to i 1-skal, to i 2'ers subshell og fire i 2p subshell. Underskallerne fyldes op i rækkefølgen af deres tal og bogstaver op til den tredje skal.
3s og 3p subshells fyldes med to og seks elektroner, men de næste elektroner går ind i 4s subshell, ikke 3d subshell som forventet. 4s subshell har et lavere energiniveau end 3d subshell og fyldes derfor først op. Selvom tallene ikke er i rækkefølge, respekterer de Aufbau-princippet, fordi elektronunderskallene fyldes op i overensstemmelse med deres energiniveauer.
Sådan fungerer undtagelserne
Aufbau-princippet gælder næsten alle elementer, især inden for de lavere atomnumre. Undtagelser er baseret på det faktum, at halvfulde eller fulde skaller eller underskaller er mere stabile end delvist fyldte. Når forskellen i energiniveauer mellem to subshells er lille, kan en elektron overføre til det højere niveau shell for at fylde eller halvfylde det. Elektronen optager den højere energiniveauskal i strid med Aufbau-princippet, fordi atomet er mere stabilt på den måde.
Fuld eller halv fuld subshells er meget stabile og har et lavere energiniveau, end de ellers ville have. For nogle få elementer ændres den normale rækkefølge af energiniveauer på grund af fuld eller halvfuld underskal. For højere atomnummerelementer bliver forskellene i energiniveauer meget små, og ændringen på grund af udfyldning af en subshell er mere almindelig end ved lavere atomnumre. For eksempel er ruthenium, rhodium, sølv og platin alle undtagelser fra Aufbau-princippet på grund af fyldte eller halvfyldte subshells.
I de lavere atomnumre er forskellen i energiniveauer for den normale sekvens af elektronskaller større, og undtagelser er ikke så almindelige. I de første 30 elementer er kun kobber, atomnummer 24 og krom, atomnummer 29, undtagelser fra Aufbau-princippet.
Af kobbers i alt 24 elektroner udfylder de energiniveauerne med to i 1'ere, to i 2'ere, seks i 2p, to i 3'ere og seks i 3p til i alt 18 i de lavere niveauer. De resterende seks elektroner skal gå ind i 4s og 3d subshells, med to i 4s og fire i 3d. I stedet for fordi d-subshell har plads til 10 elektroner, tager 3d subshell fem af de seks tilgængelige elektroner og efterlader en til 4s subshell. Nu er både 4s og 3d subshells halvt fulde, en stabil konfiguration men en undtagelse fra Aufbau-princippet.
På samme måde har krom 29 elektroner med 18 i de nederste skaller og 11 tilbage. Efter Aufbau-princippet skal to gå i 4'er og ni til 3d. Men 3d kan rumme 10 elektroner, så kun en går i 4'ere for at gøre den halvfuld og 10 gå i 5d for at udfylde den. Aufbau-princippet fungerer næsten hele tiden, men undtagelser opstår, når subshells er halvt fulde eller fulde.
