Aufbau înseamnă „construirea” în germană, iar principiul Aufbau afirmă că electronii umple cochilii de electroni în jurul atomilor în funcție de nivelul de energie. Aceasta înseamnă că învelișurile și sub-cojile de electroni din jurul atomilor sunt umplute din interior spre exterior, cu excepția interiorului unele cazuri în care un înveliș exterior are un nivel de energie scăzut și parțial se umple înainte ca un înveliș interior să fie deplin.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Excepțiile de la principiul Aufbau se bazează pe faptul că câțiva atomi sunt mai stabili atunci când electronii lor umplu sau umplu pe jumătate o coajă sau sub-coajă de electroni. Conform principiului Aufbau, acești electroni ar trebui să umple întotdeauna cochilii și sub-cochilii în funcție de creșterea nivelului de energie. Elemente precum cuprul și cromul sunt excepții, deoarece electronii lor umplu și umplu pe jumătate două sub-cochilii, cu niște electroni în cochilii de nivel superior de energie.
Umplerea cochiliilor și a cojilor de electroni
Electronii din jurul unui nucleu atomic au niveluri discrete de energie numite cochilii. Cel mai scăzut nivel de energie este cel mai apropiat de nucleu și are loc doar pentru doi electroni într-o carcasă numită carcasă s. Următoarea coajă are loc pentru opt electroni în două sub-cochilii, s și p sub-cochilii. Cea de-a treia carcasă are loc pentru 18 electroni în trei sub-cochilii, sub-cochilii s, p și d. Cea de-a patra coajă are patru sub-cochilii, adăugând f sub-coajă. Subcojile cu litere au întotdeauna loc pentru același număr de electroni: două pentru coaja sub, șase pentru p, 10 pentru d și 14 pentru f.
Pentru a identifica un sub-shell, i se dă numărul shell-ului principal și litera sub-shell-ului. De exemplu, hidrogenul are singurul său electron în carcasa 1s, în timp ce oxigenul, cu opt electroni, are doi în carcasa 1s, doi în carcasa 2s și patru în carcasa 2p. Cojile secundare se completează în ordinea numerelor și literelor lor până la a treia coajă.
Sub-coajele 3s și 3p se umple cu doi și șase electroni, dar electronii următori intră în sub-coaja 4s, nu în sub-coaja 3d așa cum era de așteptat. Subshell-ul 4s are un nivel de energie mai scăzut decât subshell-ul 3d și, prin urmare, se umple mai întâi. Deși numerele nu sunt în ordine, ele respectă principiul Aufbau, deoarece sub-cochilii electronilor se umplu în funcție de nivelurile lor de energie.
Cum funcționează excepțiile
Principiul Aufbau este valabil pentru aproape toate elementele, în special în cadrul numărului atomic inferior. Excepțiile se bazează pe faptul că cochilii sau cochilii pe jumătate sau plini sunt mai stabile decât cele parțial umplute. Când diferența de niveluri de energie între două sub-cochilii este mică, un electron se poate transfera în cochilia de nivel superior pentru a-l umple sau umple pe jumătate. Electronul ocupă învelișul de nivel energetic mai înalt, încălcând principiul Aufbau, deoarece atomul este mai stabil în acest fel.
Sub-coajele complete sau pe jumătate sunt foarte stabile și au un nivel de energie mai scăzut decât ar fi altfel. Pentru câteva elemente, secvența normală a nivelurilor de energie este modificată din cauza sub-coajelor complete sau pe jumătate. Pentru elementele cu număr atomic mai mare, diferențele dintre nivelurile de energie devin foarte mici, iar schimbarea datorată umplerii unui sub-coajă este mai frecventă decât la un număr atomic mai mic. De exemplu, ruteniul, rodiul, argintul și platina sunt toate excepții de la principiul Aufbau din cauza sub-coajelor umplute sau pe jumătate.
În numerele atomice inferioare, diferența de niveluri de energie pentru secvența normală a cochiliilor de electroni este mai mare și excepțiile nu sunt la fel de frecvente. În primele 30 de elemente, numai cuprul, numărul atomic 24 și cromul, numărul atomic 29, sunt excepții de la principiul Aufbau.
Din totalul de 24 de electroni din cupru, aceștia umple nivelurile de energie cu doi în 1s, doi în 2s, șase în 2p, doi în 3s și șase în 3p pentru un total de 18 în nivelurile inferioare. Restul de șase electroni ar trebui să intre în sub-cochilii 4s și 3d, cu doi în 4s și patru în 3d. În schimb, deoarece sub-cochilia d are spațiu pentru 10 electroni, coca sub 3d ia cinci din cele șase elctroni disponibili și lasă unul pentru sub-coaja 4s. Acum ambele subshells 4 și 3d sunt pe jumătate pline, o configurație stabilă, dar o excepție de la principiul Aufbau.
În mod similar, cromul are 29 de electroni cu 18 în cochilii inferiori și 11 rămași. Prin principiul Aufbau, doi ar trebui să intre în 4s și nouă în 3d. Dar 3d poate conține 10 electroni, așa că doar unul intră în 4s pentru a-l face pe jumătate plin și 10 intra în 5d pentru a-l umple. Principiul Aufbau funcționează aproape tot timpul, dar există excepții atunci când sub-coajele sunt pe jumătate sau pline.