Aufbau na njemačkom znači "izgradnja", a Aufbauov princip kaže da elektroni ispunjavaju elektronske ljuske oko atoma u skladu s razinom energije. To znači da se elektronske ljuske i potkoljke oko atoma pune iznutra prema van, osim u neki slučajevi kada vanjska ljuska ima nisku razinu energije i djelomično se napuni prije nego što je unutarnja ljuska pun.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Iznimke od Aufbauova principa temelje se na činjenici da je nekoliko atoma stabilnije kada njihovi elektroni popune ili dopola ispune elektronsku ljusku ili podljusku. Prema Aufbauovom principu, ti bi elektroni uvijek trebali ispunjavati ljuske i podljuske u skladu s povećanjem razine energije. Elementi poput bakra i kroma su iznimka jer njihovi elektroni ispunjavaju i dopola ispunjavaju dvije podljuske, s tim da su neki elektroni u ljuskama više razine energije.
Punjenje elektronskih ljuski i potkoljaka
Elektroni oko atomske jezgre imaju diskretne razine energije zvane ljuske. Najniža razina energije najbliža je jezgri i u njoj ima mjesta za samo dva elektrona u ljusci koja se naziva s ljuska. Sljedeća ljuska ima mjesta za osam elektrona u dvije podljuske, s i p podljuske. U trećoj ljusci ima mjesta za 18 elektrona u tri podljuske, s, p i d podljuske. Četvrta ljuska ima četiri podljuske, dodajući f podljusku. Podljuske slovima uvijek imaju mjesta za isti broj elektrona: dva za s podljusku, šest za p, 10 za d i 14 za f.
Da bi se identificirala podljuska, daje joj se broj glavne ljuske i slovo podljuske. Na primjer, vodik ima jedini elektron u 1s ljusci, dok kisik, s osam elektrona, ima dva u 1s ljusci, dva u 2s podljusci i četiri u 2p podljusci. Podljuske se popunjavaju redom brojeva i slova do treće ljuske.
Podljuske 3s i 3p pune se s dva i šest elektrona, ali sljedeći elektroni idu u podljusku 4s, a ne u 3D podljusku kako se očekivalo. Podljuska 4s ima nižu razinu energije od 3d podljuske i stoga se prva puni. Iako brojevi nisu u redoslijedu, oni poštuju Aufbauov princip jer se elektroljuske nadopunjavaju prema njihovoj razini energije.
Kako funkcioniraju iznimke
Aufbauov princip vrijedi za gotovo sve elemente, posebno unutar donjih atomskih brojeva. Iznimke se temelje na činjenici da su polupune ili pune ljuske ili podljuske stabilnije od djelomično napunjenih. Kada je razlika u razinama energije između dvije podljuske mala, elektron se može prenijeti u ljusku više razine kako bi je napunio ili dopolovio. Elektron zauzima ljusku više razine energije kršeći Aufbauov princip, jer je atom na taj način stabilniji.
Potpune ili polupune podljuske vrlo su stabilne i imaju nižu razinu energije nego što bi je inače imale. Za nekoliko elemenata, normalni slijed razina energije mijenja se zbog punih ili polupunih podljusaka. Za elemente s višim atomskim brojevima razlike u razinama energije postaju vrlo male, a promjena zbog punjenja potkoljenice je češća nego kod nižih atomskih brojeva. Na primjer, rutenij, rodij, srebro i platina su sve iznimke od Aufbauova principa zbog napunjenih ili dopola napunjenih podljusaka.
U nižim atomskim brojevima razlika u razinama energije za normalni slijed elektronskih ljuski veća je i iznimke nisu toliko česte. U prvih 30 elemenata, samo su bakar, atomski broj 24 i krom, atomski broj 29, iznimka od Aufbauova principa.
Od ukupno 24 elektrona bakra, oni ispunjavaju energetske razine s dva u 1s, dva u 2s, šest u 2p, dva u 3s i šest u 3p, ukupno 18 u nižim razinama. Preostalih šest elektrona trebalo bi ući u 4s i 3d podljuske, s dva u 4s i četiri u 3d. Umjesto toga, jer d-ljuska d ima mjesta za 10 elektrona, 3d-ljuska uzima pet od šest dostupnih elktrona i ostavlja jedan za 4s podljusku. Sada su i 4s i 3d podljuske napola pune, stabilna konfiguracija, ali iznimka od principa Aufbau.
Slično tome, krom ima 29 elektrona s 18 u donjim ljuskama i 11 preostalih. Prema Aufbauovom principu, dva bi trebala ići u 4, a devet u 3d. Ali 3d može zadržati 10 elektrona, tako da samo jedan ulazi u 4s da bi bio napola pun, a 10 u 5d da bi ga napunio. Načelo Aufbau djeluje gotovo cijelo vrijeme, ali izuzeci se javljaju kada su podljuske napola pune ili pune.