Το Aufbau σημαίνει "δημιουργία" στα γερμανικά και η αρχή του Aufbau δηλώνει ότι τα ηλεκτρόνια γεμίζουν τα κελύφη ηλεκτρονίων γύρω από τα άτομα ανάλογα με το επίπεδο ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι τα κελύφη ηλεκτρονίων και τα υπό-κελύφη γύρω από τα άτομα γεμίζουν από μέσα προς τα έξω, εκτός από το ορισμένες περιπτώσεις όπου ένα εξωτερικό κέλυφος έχει χαμηλό επίπεδο ενέργειας και γεμίζει εν μέρει πριν από το εσωτερικό κέλυφος γεμάτος.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Οι εξαιρέσεις από την αρχή του Aufbau βασίζονται στο γεγονός ότι μερικά άτομα είναι πιο σταθερά όταν τα ηλεκτρόνια τους γεμίζουν ή γεμίζουν με μισό ένα κέλυφος ηλεκτρονίων ή ένα υπόστρωμα. Σύμφωνα με την αρχή του Aufbau, αυτά τα ηλεκτρόνια πρέπει πάντα να γεμίζουν κελύφη και υποβρύχια ανάλογα με τα αυξανόμενα επίπεδα ενέργειας. Στοιχεία όπως ο χαλκός και το χρώμιο είναι εξαιρέσεις επειδή τα ηλεκτρόνια τους γεμίζουν και γεμίζουν με μισό δύο υπό-κελύφη, με μερικά ηλεκτρόνια στα κελύφη υψηλότερου ενεργειακού επιπέδου.
Γεμίζοντας κελύφη και υποκύτταρα ηλεκτρονίων
Τα ηλεκτρόνια γύρω από έναν ατομικό πυρήνα έχουν διακριτά επίπεδα ενέργειας που ονομάζονται κελύφη. Το χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας είναι πιο κοντά στον πυρήνα και έχει χώρο μόνο για δύο ηλεκτρόνια σε ένα κέλυφος που ονομάζεται κέλυφος s. Το επόμενο κέλυφος έχει χώρο για οκτώ ηλεκτρόνια σε δύο υπό-κελύφη, τα δευτερεύοντα κελύφη s και p. Το τρίτο κέλυφος έχει χώρο για 18 ηλεκτρόνια σε τρεις υπό-κελύφους, τα δευτερεύοντα κελύφη s, p και d. Το τέταρτο κέλυφος έχει τέσσερα υπό-κελύφη, προσθέτοντας το δευτερεύον κέλυφος. Τα γράμματα υπό-κελύφους έχουν πάντα χώρο για τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων: δύο για το δευτερεύον κέλυφος, έξι για p, 10 για d και 14 για f.
Για τον εντοπισμό ενός υπο-κελύφους, δίνεται ο αριθμός του κύριου κελύφους και το γράμμα του υπο-κελύφους. Για παράδειγμα, το υδρογόνο έχει το μοναδικό του ηλεκτρόνιο στο κέλυφος 1s, ενώ το οξυγόνο, με οκτώ ηλεκτρόνια, έχει δύο στο κέλυφος 1s, δύο στο υπόστρωμα 2s και τέσσερα στο υπόστρωμα 2p. Τα δευτερεύοντα κελύφη συμπληρώνουν τη σειρά των αριθμών και των γραμμάτων τους έως το τρίτο κέλυφος.
Τα υπό-κελύφη 3s και 3p γεμίζουν με δύο και έξι ηλεκτρόνια, αλλά τα επόμενα ηλεκτρόνια πηγαίνουν στον υπό-κελί 4s, όχι στο τρισδιάστατο υπό-κέλυφος όπως αναμενόταν. Το υποσύνολο 4s έχει χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας από το τρισδιάστατο υπόστρωμα και ως εκ τούτου γεμίζει πρώτα. Αν και οι αριθμοί είναι εκτός σειράς, σέβονται την αρχή του Aufbau επειδή τα υποσέλνια ηλεκτρονίων γεμίζουν ανάλογα με τα επίπεδα ενέργειας τους.
Πώς λειτουργούν οι εξαιρέσεις
Η αρχή Aufbau ισχύει για σχεδόν όλα τα στοιχεία, ειδικά στους χαμηλότερους ατομικούς αριθμούς. Οι εξαιρέσεις βασίζονται στο γεγονός ότι τα μισά γεμάτα ή ολόκληρα κελύφη ή οι υπόστρωμα είναι πιο σταθερά από τα μερικώς γεμάτα. Όταν η διαφορά στα επίπεδα ενέργειας μεταξύ δύο υποκυττάρων είναι μικρή, ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να μεταφερθεί στο κέλυφος υψηλότερου επιπέδου για να το γεμίσει ή να το γεμίσει κατά το ήμισυ. Το ηλεκτρόνιο καταλαμβάνει το κέλυφος υψηλότερου ενεργειακού επιπέδου κατά παράβαση της αρχής Aufbau επειδή το άτομο είναι πιο σταθερό με αυτόν τον τρόπο.
Τα γεμάτα ή μισά γεμάτα υπό-κελύφη είναι πολύ σταθερά και έχουν χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας από ότι θα είχαν διαφορετικά. Για μερικά στοιχεία, η κανονική ακολουθία ενεργειακών επιπέδων αλλάζει λόγω πλήρους ή μισού πλήρους υποσέλιδου. Για υψηλότερα στοιχεία ατομικού αριθμού, οι διαφορές στα επίπεδα ενέργειας καθίστανται πολύ μικρές και η αλλαγή που οφείλεται στην πλήρωση ενός υπο-κελύφους είναι πιο συχνή από ό, τι σε χαμηλότερους ατομικούς αριθμούς. Για παράδειγμα, το ρουθήνιο, το ρόδιο, το ασήμι και το λευκόχρυσο είναι όλες εξαιρέσεις από την αρχή του Aufbau λόγω γεμάτων ή μισογεμισμένων υποκυττάρων.
Στους χαμηλότερους ατομικούς αριθμούς, η διαφορά στα επίπεδα ενέργειας για την κανονική ακολουθία των κελυφών ηλεκτρονίων είναι μεγαλύτερη και οι εξαιρέσεις δεν είναι τόσο συχνές. Στα πρώτα 30 στοιχεία, μόνο ο χαλκός, ο ατομικός αριθμός 24 και το χρώμιο, ο ατομικός αριθμός 29, αποτελούν εξαιρέσεις από την αρχή του Aufbau.
Από τα συνολικά 24 ηλεκτρόνια του χαλκού, γεμίζουν τα επίπεδα ενέργειας με δύο σε 1s, δύο σε 2s, έξι σε 2p, δύο σε 3s και έξι σε 3p για σύνολο 18 στα χαμηλότερα επίπεδα. Τα εναπομείναντα έξι ηλεκτρόνια θα πρέπει να μεταβούν στα υπό-κελύφη 4 και 3, με δύο σε 4 και τέσσερα σε τρισδιάστατα. Αντ 'αυτού, επειδή το d subshell έχει χώρο για 10 ηλεκτρόνια, το τρισδιάστατο υπόστρωμα παίρνει πέντε από τα έξι διαθέσιμα ηλεκτρόνια και αφήνει ένα για το υποσύνολο 4s. Τώρα, τόσο τα 4s όσο και τα τρισδιάστατα δευτερεύοντα κελιά είναι μισά γεμάτα, μια σταθερή διαμόρφωση αλλά μια εξαίρεση από την αρχή του Aufbau.
Ομοίως, το χρώμιο έχει 29 ηλεκτρόνια με 18 στα κάτω κελύφη και 11 απομένουν. Σύμφωνα με την αρχή του Aufbau, δύο θα πρέπει να είναι 4s και εννέα σε 3d. Αλλά το 3d μπορεί να κρατήσει 10 ηλεκτρόνια, έτσι μόνο ένα μπαίνει σε 4 δευτερόλεπτα για να το κάνει μισό γεμάτο και 10 μπαίνει σε 5d για να το γεμίσει. Η αρχή του Aufbau λειτουργεί σχεδόν όλη την ώρα, αλλά εξαιρέσεις συμβαίνουν όταν τα υποσυστήματα είναι μισά γεμάτα ή γεμάτα.