Az Aufbau németül "felépülést" jelent, és az Aufbau elv szerint az elektronok az energiaszintnek megfelelően töltik fel az atomok körüli elektronhéjakat. Ez azt jelenti, hogy az atomok körüli elektronhéjak és részhéjak belülről kifelé vannak kitöltve, kivéve a befelé egyes esetekben, amikor a külső héj alacsony energiaszinttel rendelkezik, és részben megtelik, mielőtt a belső héj lenne teljes.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
Az Aufbau-elv alóli kivételek azon a tényen alapulnak, hogy néhány atom stabilabb, ha elektronjaik feltöltik vagy félig kitöltik az elektronhéjat vagy az alhéjat. Az Aufbau-elv szerint ezeknek az elektronoknak mindig meg kell tölteniük a héjakat és az alhéjakat a növekvő energiaszintnek megfelelően. Kivételt képeznek az olyan elemek, mint a réz és a króm, mivel elektronjaik két részhéjat töltenek be és félig kitöltenek, néhány elektron a magasabb energiaszintű héjakban található.
Elektronhéjak és alhéjak kitöltése
Az atommag körüli elektronok különálló energiaszintekkel rendelkeznek, amelyeket héjaknak neveznek. A legalacsonyabb energiaszint a legközelebb van a maghoz, és csak két elektronnak van helye egy s héjban nevezett héjban. A következő héjban nyolc elektron fér el két alhéjban, az s és a p részhéjakban. A harmadik héjban 18 elektronnak van helye három alhéjban, az s, p és d alhéjakban. A negyedik héjnak négy alhéja van, hozzáadva az f alhéjat. A betűs alhéjakban mindig ugyanannyi elektronnak van helye: kettő az s alhéjnak, hat a p-nek, 10 a d-nek és 14 az f-nek.
Az alhéj azonosításához meg kell adni a főhéj számát és az alhéj betűjét. Például a hidrogén egyetlen elektront tartalmaz az 1s héjban, míg a nyolc elektronos oxigénnek kettő van az 1s héjban, kettő a 2s alhéjban és négy a 2p alhéjban. Az alhéjak számuk és betűik sorrendjében töltődnek fel a harmadik héjig.
A 3s és 3p részhéjak kettővel és hat elektronral töltődnek fel, de a következő elektronok a 4s részhéjba mennek, nem pedig a 3d részhéjba, mint az várható volt. A 4s alhéj energiaszintje alacsonyabb, mint a 3d alhéja, ezért először töltődik fel. Habár a számok sorrenden kívül vannak, tiszteletben tartják az Aufbau elvét, mert az elektron részhéjak energiaszintjüknek megfelelően feltöltődnek.
Hogyan működnek a kivételek
Az Aufbau-elv szinte minden elemre érvényes, különösen az alacsonyabb atomszámokon belül. A kivételek azon a tényen alapulnak, hogy a félig teli vagy a teljes héjak vagy az alhéjak stabilabbak, mint a részben kitöltöttek. Ha két alhéj közötti energiaszint-különbség kicsi, akkor egy elektron áttelepülhet a magasabb szintű héjba, hogy feltöltse vagy félig kitöltse. Az elektron az Aufbau-elv megsértésével foglalja el a magasabb energiaszintű héjat, mert az atom így stabilabb.
A teljes vagy félig teljes alhéjak nagyon stabilak, és alacsonyabb az energiaszintjük, mint egyébként. Néhány elem esetében a normális energiaszint-sorrend megváltozik a teljes vagy félig teljes részhéjak miatt. Magasabb atomszámú elemek esetében az energiaszintek közötti különbségek nagyon kicsivé válnak, és az alhéj kitöltése miatti változás gyakoribb, mint alacsonyabb atomszámnál. Például a ruténium, a ródium, az ezüst és a platina mind kivételt jelent az Aufbau elv alól a megtöltött vagy félig töltött alhéjak miatt.
Az alacsonyabb atomszámokban az elektronhéjak normál szekvenciájának energiaszintbeli különbsége nagyobb, és a kivételek nem olyan gyakoriak. Az első 30 elemben csak a réz, a 24-es atomszám és a króm, a 29-es atom kivétel az Aufbau-elv alól.
A réz összesen 24 elektronjából az energiaszinteket kettő az 1-ben, kettő 2-ben, hat 2-ben, kettő 3-ban és hat 3-ban tölti fel, az alsó szinteken összesen 18-at. A maradék hat elektronnak a 4s és a 3d alhéjakba kell mennie, kettő 4s-ben és négy 3d-ben. Ehelyett, mivel a d alhéjban van hely 10 elektronnak, a 3d alhéj a hat rendelkezésre álló elektronból ötöt vesz fel, és egyet hagy a 4s alhéj számára. Most mind a 4-es, mind a 3d-s alhéj félig megtelt, stabil konfiguráció, de kivétel az Aufbau elv alól.
Hasonlóképpen, a krómnak 29 elektronja van, az alsó héjakban 18, a maradék pedig 11 marad. Az Aufbau elv szerint kettőnek 4-be, kilencnek 3d-be kell mennie. De a 3d 10 elektron befogadására képes, így csak az egyik megy 4-be, hogy félig teli legyen, és 10 az 5d-be megy, hogy kitöltse. Az Aufbau-elv szinte mindig működik, de kivételek akkor fordulnak elő, amikor az alhéjak félig vagy teljesen tele vannak.