Aufbau tarkoittaa saksaksi "rakentamista", ja Aufbau-periaatteen mukaan elektronit täyttävät elektronikuoret atomien ympärillä energiatason mukaan. Tämä tarkoittaa, että atomien ympärillä olevat elektronikuoret ja alikuoret ovat täynnä sisältäpäin, paitsi sisään joissain tapauksissa ulkokuoren energiataso on alhainen ja se täyttyy osittain ennen kuin sisempi vaippa on koko.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Poikkeukset Aufbau-periaatteesta perustuvat siihen, että muutama atomi on vakaampi, kun niiden elektronit täyttävät tai puolitäyttävät elektronikuoren tai alikuoren. Aufbau-periaatteen mukaan näiden elektronien tulisi aina täyttää kuoret ja alikuoret kasvavan energiatason mukaan. Elementit, kuten kupari ja kromi, ovat poikkeuksia, koska niiden elektronit täyttävät ja puoliksi täyttävät kaksi alikuorta, joidenkin elektronien ollessa korkeamman energiatason kuoreissa.
Elektronikuorien ja alikuorien täyttäminen
Atomin ympärillä olevilla elektronilla on erilliset energiatasot, joita kutsutaan kuoriksi. Alin energiataso on lähinnä ydintä, ja siinä on tilaa vain kahdelle elektronille kuoressa, jota kutsutaan s-kuoreksi. Seuraavassa kuoressa on tilaa kahdeksalle elektronille kahdessa alikuoressa, s- ja p-alikuorissa. Kolmannessa kuoressa on tilaa 18 elektronille kolmessa alikuoressa, s, p ja d alikuoressa. Neljännessä kuoressa on neljä alikuorta lisäämällä f alikuori. Kirjaimellisilla alikuorilla on aina tilaa samalle elektronimäärälle: kaksi s-alikuorelle, kuusi p: lle, 10 d: lle ja 14 f: lle.
Alikuoren tunnistamiseksi sille annetaan pääkuoren numero ja alikuoren kirjain. Esimerkiksi vedyllä on ainoa elektroni 1s-kuoressa, kun taas hapella, jossa on kahdeksan elektronia, on kaksi 1s-kuoressa, kaksi 2s-alikuoressa ja neljä 2p-alikuoressa. Alakuoret täyttyvät numeroidensa ja kirjaimiensa järjestyksessä kolmanteen kuoreen asti.
3: n ja 3p: n alikuoret täyttyvät kahdella ja kuudella elektronilla, mutta seuraavat elektronit menevät 4: n alikuoreen, ei 3d-alikuoreen odotetusti. 4s-alikuoren energiataso on alhaisempi kuin kolmiulotteisen alakerroksen, ja siksi se täyttyy ensin. Vaikka numerot eivät ole järjestyksessä, ne kunnioittavat Aufbau-periaatetta, koska elektronien alikuoret täyttyvät niiden energiatasojen mukaan.
Kuinka poikkeukset toimivat
Aufbau-periaate koskee melkein kaikkia alkuaineita, erityisesti pienempien atomien sisällä. Poikkeukset perustuvat siihen, että puoli- tai täyskuoret tai alikuoret ovat vakaampia kuin osittain täytetyt. Kun kahden alikuoren energiatasojen ero on pieni, elektroni voi siirtyä ylemmän tason kuoreen täyttämään tai puolitäyttämään sen. Elektroni vie korkeamman energiatason kuoren Aufbau-periaatteen vastaisesti, koska atomi on siten vakaampi.
Täys- tai puolitäytetyt alikuoret ovat erittäin vakaita ja niiden energiataso on matalampi kuin muutoin. Muutamien elementtien kohdalla normaali energiatasosekvenssi muuttuu täys- tai puolitäytettyjen alikuorien takia. Suurempien atomilukuelementtien kohdalla energiatasojen erot tulevat hyvin pieniksi, ja alikuoren täyttämisestä johtuva muutos on yleisempi kuin pienemmillä atomiluvuilla. Esimerkiksi rutenium, rodium, hopea ja platina ovat kaikki poikkeuksia Aufbau-periaatteesta täytettyjen tai puoliksi täytettyjen alikuorien takia.
Alemmissa atomiluvuissa energiatasojen ero normaalin elektronikuoren sekvenssille on suurempi ja poikkeukset eivät ole yhtä yleisiä. Ensimmäisissä 30 elementissä vain kupari, atomiluku 24 ja kromi, atomiluku 29, ovat poikkeuksia Aufbau-periaatteesta.
Kuparin 24 elektronin kokonaismäärästä ne täyttävät energiatasot kahdella sekunnissa, kaksi 2 sekunnissa, kuusi 2 p: ssä, kaksi 3 sekunnissa ja kuusi 3 p: ssä, yhteensä 18 alemmilla tasoilla. Jäljelle jäävien kuuden elektronin tulisi mennä 4s- ja 3d-alikuoriin, joista kaksi on 4s: ssä ja neljä 3d: ssä. Sen sijaan, koska d-alikuoressa on tilaa 10 elektronille, kolmiulotteinen alikuori ottaa viisi kuudesta käytettävissä olevasta elektronista ja jättää yhden 4s-alikuorelle. Nyt sekä 4: n että kolmiulotteiset alikuoret ovat puoliksi täynnä, vakaa kokoonpano, mutta poikkeus Aufbau-periaatteeseen.
Vastaavasti kromissa on 29 elektronia, joista 18 on alemmissa kuorissa ja 11 jäljellä. Aufbau-periaatteen mukaan kahden pitäisi mennä 4: een ja yhdeksän 3d: hen. Mutta 3d: ssä voi olla 10 elektronia, joten vain yksi menee neljään sekuntiin, jotta se olisi puoliksi täynnä, ja 10 menee 5d: een sen täyttämiseksi. Aufbau-periaate toimii melkein koko ajan, mutta poikkeuksia tapahtuu, kun alikuoret ovat puoliksi täynnä tai täynnä.