Aufbau znamená v nemčine „build up“ a Aufbauov princíp hovorí, že elektróny vypĺňajú elektrónové škrupiny okolo atómov podľa energetickej hladiny. To znamená, že elektrónové škrupiny a častice okolo atómov sú plnené zvnútra smerom von, s výnimkou niektoré prípady, keď má vonkajšia škrupina nízku hladinu energie a čiastočne sa naplní skôr, ako je vnútorná škrupina plný.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Výnimky z princípu Aufbau sú založené na skutočnosti, že niekoľko atómov je stabilnejších, keď ich elektróny naplnia alebo napoly naplnia elektrónovú škrupinu alebo čiastočnú škrupinu. Podľa Aufbauovho princípu by tieto elektróny mali vždy vypĺňať škrupiny a škrupiny podľa zvyšujúcich sa energetických hladín. Prvky ako meď a chróm sú výnimkou, pretože ich elektróny vypĺňajú a napĺňajú dve čiastkové škrupiny, pričom niektoré elektróny majú škrupiny s vyššou úrovňou energie.
Plnenie elektrónových škrupín a podškrupín
Elektróny okolo atómového jadra majú diskrétne energetické úrovne nazývané škrupiny. Najnižšia energetická hladina je najbližšie k jadru a v škrupine zvanej škrupina s má miesto iba pre dva elektróny. V nasledujúcej škrupine je miesto pre osem elektrónov v dvoch čiastkových škrupinách, podškrupinách s a p. Tretia škrupina má miesto pre 18 elektrónov v troch čiastkových škrupinách, s, p a d. Štvrtý shell má štyri subshells, pridanie f subshell. Podškrupiny s písmenami majú vždy priestor pre rovnaký počet elektrónov: dva pre podškrupinu s, šesť pre p, 10 pre d a 14 pre f.
Na identifikáciu subshell sa uvádza číslo hlavného shellu a písmeno subshell. Napríklad vodík má svoj jediný elektrón v škrupine 1 s, zatiaľ čo kyslík s ôsmimi elektrónmi má dva v škrupine 1 s, dva v 2 škrupine a štyri v 2 škrupine. Podškrupiny sa plnia v poradí podľa ich čísel a písmen až po tretiu škrupinu.
Subškrty 3s a 3p sa plnia dvoma a šiestimi elektrónmi, ale ďalšie elektróny idú do subshell 4s, nie do 3d subshell podľa očakávania. Subshell 4s má nižšiu hladinu energie ako 3d subshell a preto sa najskôr naplní. Aj keď čísla nie sú v poradí, rešpektujú Aufbauov princíp, pretože elektrónové čiastkové škrupiny sa plnia podľa ich energetických úrovní.
Ako fungujú výnimky
Princíp Aufbau platí pre takmer všetky prvky, najmä pre nižšie atómové čísla. Výnimky sú založené na skutočnosti, že poloplné alebo plné škrupiny alebo podškrupiny sú stabilnejšie ako čiastočne naplnené. Keď je rozdiel v energetických hladinách medzi dvoma podškrupinami malý, elektrón sa môže preniesť do škrupiny vyššej úrovne, aby ju naplnil alebo naplnil do polovice. Elektrón zaberá škrupinu s vyššou úrovňou energie v rozpore s Aufbauovým princípom, pretože atóm je týmto spôsobom stabilnejší.
Plné alebo poloplné čiastkové škrupiny sú veľmi stabilné a majú nižšiu energetickú hladinu, ako by mali inak. Pre niekoľko prvkov sa normálna postupnosť energetických hladín zmení z dôvodu úplných alebo poloplných čiastkových škrupín. U prvkov s vyšším atómovým číslom sa rozdiely v energetických hladinách stávajú veľmi malými a zmena v dôsledku naplnenia podškrupiny je bežnejšia ako pri nižšom atómovom počte. Napríklad ruténium, ródium, striebro a platina sú výnimkou z princípu Aufbau kvôli naplneným alebo čiastočne naplneným čiastkovým škrupinám.
V nižších atómových číslach je rozdiel v energetických hladinách pre normálnu postupnosť elektrónových obalov väčší a výnimky nie sú také bežné. V prvých 30 prvkoch sú výnimkou z princípu Aufbau iba meď, atómové číslo 24 a chróm, atómové číslo 29.
Z celkového množstva 24 elektrónov medi plnia energetické hladiny dvoma za 1 s, dvoma za 2 s, šiestimi za 2 p, dvoma za 3 s a šiestimi za 3 p, celkovo teda 18 v nižších hladinách. Zvyšných šesť elektrónov by malo ísť do čiastkových škrupín 4s a 3d, z ktorých dva sú štyri a štyri v 3d. Namiesto toho, pretože d subshell má miesto pre 10 elektrónov, 3d subshell vezme päť zo šiestich dostupných elktrónov a jeden ponechá pre 4s subshell. Teraz sú podškrupiny 4s a 3d čiastočne plné, stabilná konfigurácia, ale s výnimkou Aufbauovho princípu.
Chróm má podobne 29 elektrónov, z toho 18 v spodných škrupinách a 11 zvyšných. Podľa princípu Aufbau by dva mali ísť do 4s a deväť do 3d. Ale 3d pojme 10 elektrónov, takže iba jeden prejde do 4 s, aby bol polovičný a 10 do 5d, aby ho naplnil. Princíp Aufbau funguje takmer stále, ale výnimky sa vyskytujú, keď sú čiastkové škrupiny poloplné alebo plné.