Aufbau tähendab saksa keeles "ülesehitamist" ja Aufbau põhimõte ütleb, et elektronid täidavad elektronide kestasid aatomite ümber vastavalt energiatasemele. See tähendab, et elektronide kestad ja aatomite ümber asuvad alamkarbid on täidetud seestpoolt väljapoole, välja arvatud sisse mõnedel juhtudel, kui välimine kest on madala energiatasemega ja täidetakse osaliselt enne, kui sisemine kest on täis.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Erandid Aufbau põhimõttest põhinevad asjaolul, et vähesed aatomid on stabiilsemad, kui nende elektronid täidavad või täidavad pooleldi elektronkesta või alamkesta. Aufbau põhimõtte kohaselt peaksid need elektronid alati kestad ja alamkarbid täitma vastavalt suurenevale energiatasemele. Erandid on sellised elemendid nagu vask ja kroom, kuna nende elektronid täidavad ja täidavad pooleldi kaks alamkesta, kusjuures mõned elektronid on kõrgema energiataseme kestades.
Elektronkestade ja alamkestade täitmine
Aatomituuma ümbritsevatel elektronidel on diskreetsed energiatasemed, mida nimetatakse kestadeks. Madalaim energiatase on tuumale kõige lähemal ja selles on kest ainult kahele elektronile, mida nimetatakse s-kestaks. Järgmises kestas on ruumi kaheksale elektronile kahes alamkoores, s ja p alamkoores. Kolmandas kestas on ruumi 18 elektronile kolmes alamkoores, s, p ja d alamkoores. Neljandal kestal on neli alamkesta, lisades f alamkesta. Tähtedega alamkestadel on alati ruumi sama arvu elektronide jaoks: kaks s-alamkesta jaoks, kuus p-le, 10 d-le ja 14 f-le.
Alamkesta tuvastamiseks antakse sellele põhikesta number ja alakoore täht. Näiteks vesinikul on oma ainus elektron 1s-kestas, samal ajal kui kaheksa elektroniga hapnikul on 1-i kestal kaks, kaks 2s-alamkoos ja neli 2p-alamkoores. Alamkoored täidetakse nende numbrite ja tähtede järjekorras kuni kolmanda kestani.
3-alused ja 3p-alamkihid täidavad kaks ja kuus elektroni, kuid järgmised elektronid lähevad 4-alamkesta, mitte 3D-alamkesta, nagu oodatud. 4s alamkesta energiatase on madalam kui 3d alamkihil ja seetõttu täidetakse see kõigepealt. Kuigi arvud on järjestusest väljas, austavad nad Aufbau põhimõtet, kuna elektroni alamkarbid täidavad vastavalt nende energiatasemele.
Kuidas erandid toimivad
Aufbau põhimõte kehtib peaaegu kõigi elementide kohta, eriti madalamate aatomnumbrite piires. Erandid põhinevad asjaolul, et pooltäidis või täis kestad või alakoored on stabiilsemad kui osaliselt täidetud. Kui kahe alamkesta energiataseme erinevus on väike, võib elektron selle täitmiseks või pooltäitmiseks üle minna kõrgema taseme kestale. Elektron hõivab Aufbau põhimõtet rikkudes kõrgema energiataseme kesta, kuna aatom on niiviisi stabiilsem.
Täis või pooltäis alamkarbid on väga stabiilsed ja nende energiatase on madalam kui muidu. Mõne elemendi puhul muudetakse energiataseme normaalset järjestust täis- või pooltäieliste alamkestade tõttu. Kõrgemate aatomnumbriliste elementide puhul muutuvad energiataseme erinevused väga väikesteks ja alakoore täitumisest tingitud muutused on tavalisemad kui madalamate aatomnumbrite korral. Näiteks ruteenium, roodium, hõbe ja plaatina on kõik erandid Aufbau põhimõttest täidetud või pooltäidetud alamkestade tõttu.
Madalamates aatomnumbrites on elektronide kestade normaalse järjestuse energiatasemete erinevus suurem ja erandid pole nii levinud. Esimeses 30 elemendis on Aufbau põhimõttest erandiks ainult vask, aatomnumber 24 ja kroom, aatomnumber 29.
Vase 24 elektronist kokku täidavad nad energiatasemed kaks ühes, kaks 2-s, kuus 2-s, kaks 3-s ja kuus 3-s, kokku 18 madalamal tasemel. Ülejäänud kuus elektroni peaksid minema 4-de ja 3d-alamkesta sisse, kusjuures kaks on 4-s ja neli 3D-s. Selle asemel, et d-alamkoorel on ruumi 10 elektronile, võtab 3d-alamkoor kuuest saadaolevast elektronist viis ja jätab ühe 4s-alamkesta jaoks. Nüüd on nii 4-d kui ka 3D-alamkoorikud poolenisti täis, stabiilne konfiguratsioon, kuid erand Aufbau põhimõttest.
Samamoodi on kroomil 29 elektroni, 18 alumises kestas ja 11 jääb järele. Aufbau printsiibi järgi peaksid kaks minema neljaks ja üheksa 3D-ks. Kuid 3d mahutab 10 elektroni, nii et ainult üks läheb neljaks, et see oleks pooltäis, ja 10 läheb 5d-ni, et seda täita. Aufbau põhimõte töötab peaaegu kogu aeg, kuid erandeid esineb siis, kui alamkoorikud on pooltäis või täis.