Aufbau betyr "oppbygging" på tysk, og Aufbau-prinsippet sier at elektroner fyller elektronskall rundt atomer i henhold til energinivået. Dette betyr at elektronskjell og subshells rundt atomer fylles fra innsiden og ut, bortsett fra i noen tilfeller der et ytre skall har lavt energinivå og delvis fylles opp før et indre skall er full.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Unntak fra Aufbau-prinsippet er basert på det faktum at noen få atomer er mer stabile når elektronene deres fyller eller halvfyller et elektronskall eller subshell. I henhold til Aufbau-prinsippet skal disse elektronene alltid fylle skall og underskall i henhold til økende energinivå. Elementer som kobber og krom er unntak fordi elektronene deres fyller og halvfyller to subshells, med noen elektroner i de høyere energinivåskjellene.
Fylling av elektronskall og subshells
Elektronene rundt en atomkjerne har diskrete energinivåer som kalles skjell. Det laveste energinivået er nærmest kjernen, og det har plass til bare to elektroner i et skall som kalles s skall. Det neste skallet har plass til åtte elektroner i to subshells, s og p subshells. Det tredje skallet har plass til 18 elektroner i tre subshells, s, p og d subshells. Det fjerde skallet har fire subshells, og legger til f subshell. De bokstaverte underskjellene har alltid plass til samme antall elektroner: to for s underskall, seks for p, 10 for d og 14 for f.
For å identifisere en subshell, får den nummeret på hovedskallet og bokstaven til subshell. For eksempel har hydrogen sitt eneste elektron i 1s skallet, mens oksygen, med åtte elektroner, har to i 1s skallet, to i 2s subshell og fire i 2p subshell. Underskjellene fylles opp i rekkefølgen på tallene og bokstavene opp til det tredje skallet.
3s og 3p subshells fylles med to og seks elektroner, men de neste elektronene går inn i 4s subshell, ikke 3d subshell som forventet. 4s subshell har et lavere energinivå enn 3d subshell og fylles derfor opp først. Selv om tallene ikke er i rekkefølge, respekterer de Aufbau-prinsippet fordi elektronunderskallene fylles opp i henhold til energinivået.
Hvordan unntakene fungerer
Aufbau-prinsippet holder for nesten alle elementer, spesielt innenfor de lavere atomnumrene. Unntak er basert på det faktum at halvfull eller full skjell eller underskjell er mer stabile enn delvis fylte. Når forskjellen i energinivå mellom to subshells er liten, kan et elektron overføre til skallet på høyere nivå for å fylle det eller halvfylle det. Elektronet opptar det høyere energinivåskallet i strid med Aufbau-prinsippet fordi atomet er mer stabilt på den måten.
Hele eller halvfulle subshells er veldig stabile og har et lavere energinivå enn de ellers ville hatt. For noen få elementer endres den normale sekvensen av energinivåer på grunn av full eller halvfull subshell. For høyere atomnummerelementer blir forskjellene i energinivåene veldig små, og endringen på grunn av fylling av en subshell er mer vanlig enn ved lavere atomnummer. For eksempel er ruthenium, rodium, sølv og platina unntak fra Aufbau-prinsippet på grunn av fylte eller halvfylte subshells.
I de lavere atomnumrene er forskjellen i energinivå for den normale sekvensen av elektronskall større og unntak er ikke like vanlige. I de første 30 elementene er bare kobber, atomnummer 24 og krom, atomnummer 29, unntak fra Aufbau-prinsippet.
Av kobbers totalt 24 elektroner fyller de opp energinivåene med to i 1s, to i 2s, seks i 2p, to i 3s og seks i 3p for totalt 18 i de nedre nivåene. De resterende seks elektronene skal gå inn i 4s og 3d subshells, med to i 4s og fire i 3d. I stedet, fordi d-subshell har plass til 10 elektroner, tar 3d subshell fem av de seks tilgjengelige elektronene og etterlater en for 4s subshell. Nå er både 4s og 3d subshells halvfullt, en stabil konfigurasjon, men et unntak fra Aufbau-prinsippet.
Tilsvarende har krom 29 elektroner med 18 i de nedre skallene og 11 til overs. Av Aufbau-prinsippet skal to gå inn i 4s og ni til 3d. Men 3d kan romme 10 elektroner, så bare en går i 4s for å gjøre den halvfull og 10 gå inn i 5d for å fylle den. Aufbau-prinsippet fungerer nesten hele tiden, men unntak oppstår når subshells er halvfylte eller fulle.