Aufbau oznacza po niemiecku „budowanie”, a zasada Aufbau mówi, że elektrony wypełniają powłoki elektronowe wokół atomów w zależności od poziomu energii. Oznacza to, że powłoki elektronowe i podpowłoki wokół atomów są wypełnione od wewnątrz, z wyjątkiem in niektóre przypadki, w których powłoka zewnętrzna ma niski poziom energii i częściowo wypełnia się, zanim powłoka wewnętrzna jest pełny.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Wyjątki od zasady Aufbau opierają się na fakcie, że kilka atomów jest bardziej stabilnych, gdy ich elektrony wypełniają lub wypełniają do połowy powłokę lub podpowłokę elektronową. Zgodnie z zasadą Aufbau elektrony te powinny zawsze wypełniać powłoki i podpowłoki zgodnie ze wzrastającymi poziomami energii. Wyjątkiem są pierwiastki takie jak miedź i chrom, ponieważ ich elektrony wypełniają i wypełniają do połowy dwie podpowłoki, przy czym niektóre elektrony znajdują się w powłokach o wyższym poziomie energii.
Wypełnianie powłok i podpowłok elektronowych
Elektrony wokół jądra atomowego mają dyskretne poziomy energii zwane powłokami. Najniższy poziom energii znajduje się najbliżej jądra i ma miejsce tylko na dwa elektrony w powłoce zwanej powłoką s. Następna powłoka ma miejsce na osiem elektronów w dwóch podpowłokach, podpowłokach s i p. Trzecia powłoka ma miejsce na 18 elektronów w trzech podpowłokach, podpowłokach s, p i d. Czwarta powłoka ma cztery podpowłoki, dodając podpowłokę f. Literowane podpowłoki zawsze mają miejsce na taką samą liczbę elektronów: dwa dla podpowłoki s, sześć dla p, 10 dla d i 14 dla f.
Aby zidentyfikować podpowłokę, podaje się numer powłoki głównej i literę podpowłoki. Na przykład wodór ma swój jedyny elektron w powłoce 1s, podczas gdy tlen z ośmioma elektronami ma dwa w powłoce 1s, dwa w podpowłoce 2s i cztery w podpowłoce 2p. Podpowłoki wypełniają się w kolejności ich cyfr i liter aż do trzeciej powłoki.
Podpowłoki 3s i 3p wypełniają się dwoma i sześcioma elektronami, ale następne elektrony trafiają do podpowłoki 4s, a nie do podpowłoki 3d, jak oczekiwano. Podpowłoka 4s ma niższy poziom energii niż podpowłoka 3d i dlatego zapełnia się jako pierwsza. Chociaż liczby są niezgodne z kolejnością, przestrzegają zasady Aufbau, ponieważ podpowłoki elektronowe wypełniają się zgodnie z ich poziomami energii.
Jak działają wyjątki
Zasada Aufbau odnosi się do prawie wszystkich pierwiastków, zwłaszcza w obrębie niższych liczb atomowych. Wyjątki opierają się na fakcie, że w połowie pełne lub pełne skorupy lub podpowłoki są bardziej stabilne niż częściowo wypełnione. Gdy różnica poziomów energii między dwiema podpowłokami jest niewielka, elektron może przenieść się do powłoki wyższego poziomu, aby ją wypełnić lub wypełnić do połowy. Elektron zajmuje powłokę o wyższym poziomie energii, łamiąc zasadę Aufbau, ponieważ w ten sposób atom jest bardziej stabilny.
Pełne lub w połowie pełne podpowłoki są bardzo stabilne i mają niższy poziom energii niż w innym przypadku. W przypadku kilku elementów normalna sekwencja poziomów energii jest zmieniona z powodu pełnych lub w połowie pełnych podpowłok. W przypadku pierwiastków o wyższej liczbie atomowej różnice w poziomach energii stają się bardzo małe, a zmiana spowodowana wypełnieniem podpowłoki jest bardziej powszechna niż przy niższych liczbach atomowych. Na przykład ruten, rod, srebro i platyna są wyjątkami od zasady Aufbau z powodu wypełnionych lub częściowo wypełnionych podpowłok.
W przypadku niższych liczb atomowych różnica poziomów energii dla normalnej sekwencji powłok elektronowych jest większa, a wyjątki nie są tak powszechne. W pierwszych 30 pierwiastkach tylko miedź (liczba atomowa 24) i chrom (liczba atomowa 29) są wyjątkami od zasady Aufbau.
Spośród 24 elektronów miedzi wypełniają poziomy energetyczne dwoma w 1, dwoma w 2, sześcioma w 2p, dwoma w 3 i sześcioma w 3p, co daje w sumie 18 na niższych poziomach. Pozostałe sześć elektronów powinno trafić do podpowłok 4s i 3d, przy czym dwa w 4s i cztery w 3d. Zamiast tego, ponieważ podpowłoka d ma miejsce na 10 elektronów, podpowłoka 3d zajmuje pięć z sześciu dostępnych elektronów i pozostawia jeden na podpowłokę 4s. Teraz obie podpowłoki 4s i 3d są w połowie pełne, stabilna konfiguracja, ale wyjątek od zasady Aufbau.
Podobnie chrom ma 29 elektronów, z których 18 znajduje się w dolnych powłokach, a 11 pozostało. Zgodnie z zasadą Aufbau, dwa powinny iść w 4s, a 9 w 3d. Ale 3d może pomieścić 10 elektronów, więc tylko jeden przechodzi w 4s, aby wypełnić go w połowie, a 10 w 5d, aby go wypełnić. Zasada Aufbau działa prawie cały czas, ale wyjątki zdarzają się, gdy podpowłoki są w połowie pełne lub pełne.