Aufbau는 독일어로 "구축"을 의미하며, Aufbau 원리는 전자가 에너지 수준에 따라 원자 주변의 전자 껍질을 채운다 고 말합니다. 이것은 원자 주변의 전자 껍질과 하위 껍질이 안쪽에서 바깥쪽으로 채워지는 것을 의미합니다. 외부 껍질의 에너지 수준이 낮고 내부 껍질이되기 전에 부분적으로 채워지는 경우 완전한.
TL; DR (너무 긴; 읽지 않음)
Aufbau 원리에 대한 예외는 전자가 전자 껍질 또는 하위 껍질을 채우거나 반만 채울 때 몇 개의 원자가 더 안정적이라는 사실에 근거합니다. Aufbau 원리에 따르면 이러한 전자는 증가하는 에너지 수준에 따라 항상 껍질과 하위 껍질을 채워야합니다. 구리 및 크롬과 같은 원소는 전자가 두 개의 서브 쉘을 채우고 반만 채우고 일부 전자는 더 높은 에너지 레벨 쉘에 있기 때문에 예외입니다.
전자 껍질 및 하위 껍질 채우기
원자핵 주변의 전자는 껍질이라고하는 별개의 에너지 수준을 가지고 있습니다. 가장 낮은 에너지 레벨은 핵에 가장 가깝고 s 쉘이라고하는 쉘에 단 두 개의 전자를위한 공간이 있습니다. 다음 쉘은 두 개의 서브 쉘, s 및 p 서브 쉘에 8 개의 전자를위한 공간이 있습니다. 세 번째 쉘은 s, p 및 d 서브 쉘의 세 서브 쉘에 18 개의 전자를위한 공간을 가지고 있습니다. 네 번째 쉘에는 4 개의 서브 쉘이 있으며 f 서브 쉘을 추가합니다. 문자가있는 서브 쉘은 항상 동일한 수의 전자를 수용 할 수 있습니다. s 서브 쉘은 2 개, p는 6 개, d는 10 개, f는 14 개입니다.
서브 쉘을 식별하기 위해 메인 쉘의 번호와 서브 쉘의 문자가 제공됩니다. 예를 들어, 수소는 1s 쉘에 전자 만 있고 8 개의 전자가있는 산소는 1s 쉘에 2 개, 2s 서브 쉘에 2 개, 2p 서브 쉘에 4 개가 있습니다. 서브 쉘은 세 번째 쉘까지 숫자와 문자의 순서로 채워집니다.
3s 및 3p 서브 쉘은 2와 6 개의 전자로 채워지지만 다음 전자는 예상대로 3d 서브 쉘이 아닌 4s 서브 쉘로 이동합니다. 4s 서브 쉘은 3d 서브 쉘보다 에너지 레벨이 낮으므로 먼저 채워집니다. 숫자는 순서가 다르지만 전자 서브 쉘이 에너지 수준에 따라 채워지기 때문에 Aufbau 원리를 존중합니다.
예외 작동 방식
Aufbau 원리는 특히 낮은 원자 번호 내에서 거의 모든 요소에 적용됩니다. 예외는 반 전체 또는 전체 쉘 또는 서브 쉘이 부분적으로 채워진 쉘보다 더 안정적이라는 사실을 기반으로합니다. 두 서브 쉘 사이의 에너지 레벨 차이가 작을 때 전자는 상위 레벨 쉘로 이동하여이를 채우거나 반만 채울 수 있습니다. 전자는 원자가 더 안정하기 때문에 Aufbau 원리를 위반하여 더 높은 에너지 수준의 껍질을 차지합니다.
전체 또는 절반 전체 서브 쉘은 매우 안정적이며 그렇지 않은 경우보다 에너지 수준이 낮습니다. 일부 요소의 경우 전체 또는 절반 전체 서브 쉘로 인해 정상적인 에너지 레벨 순서가 변경됩니다. 더 높은 원자 번호 요소의 경우 에너지 수준의 차이가 매우 작아지고 하위 쉘 채우기로 인한 변화가 더 낮은 원자 번호보다 더 일반적입니다. 예를 들어, 루테늄, 로듐, 은 및 백금은 충전되거나 반 충전 된 서브 쉘 때문에 Aufbau 원칙에서 모두 예외입니다.
원자 번호가 낮을수록 전자 껍질의 정상적인 순서에 대한 에너지 수준의 차이가 더 크고 예외는 일반적이지 않습니다. 처음 30 개 원소에서 구리, 원자 번호 24 및 크롬, 원자 번호 29만이 Aufbau 원리의 예외입니다.
구리의 총 24 개 전자 중 2 개는 1 개, 2 개는 2 개, 6 개는 2 개, 2 개는 3 개, 6 개는 3 개가 낮은 수준에서 총 18 개로 에너지 수준을 채 웁니다. 나머지 6 개의 전자는 4s 및 3d 서브 쉘로 들어가야합니다. 대신 d 서브 쉘은 10 개의 전자를위한 공간을 가지고 있기 때문에 3d 서브 쉘은 6 개의 사용 가능한 elctron 중 5 개를 가져와 4s 서브 쉘에 1 개를 남겨 둡니다. 이제 4s 및 3d 서브 쉘은 모두 절반이 찼으며 안정적인 구성이지만 Aufbau 원칙의 예외입니다.
마찬가지로 크롬은 29 개의 전자를 가지고 있으며, 18 개는 하부 껍질에 11 개는 남았습니다. Aufbau 원칙에 따라 2 개는 4 초로, 9 개는 3D로 전환되어야합니다. 그러나 3d는 10 개의 전자를 보유 할 수 있으므로 하나만 4s에 들어가서 절반을 채우고 10 개는 5d에 들어가서 채 웁니다. Aufbau 원칙은 거의 항상 작동하지만 서브 쉘이 반쯤 찼거나 꽉 찬 경우 예외가 발생합니다.