Aufbau v nemščini pomeni "graditi", Aufbaujevo načelo pa navaja, da elektroni napolnijo elektronske lupine okoli atomov glede na raven energije. To pomeni, da so elektronske lupine in podlupine okoli atomov napolnjene od znotraj navzven, razen znotraj v nekaterih primerih ima zunanja lupina nizko raven energije in se delno napolni, preden je notranja lupina poln.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Izjeme od Aufbaujevega načela temeljijo na dejstvu, da je nekaj atomov bolj stabilnih, ko njihovi elektroni napolnijo ali napolnijo elektronsko lupino ali podlupino. Po Aufbaujevem principu bi morali ti elektroni vedno napolniti lupine in podlupine glede na naraščajočo raven energije. Elementi, kot sta baker in krom, so izjema, ker njihovi elektroni napolnijo in napolnijo dve podlupini z nekaj elektroni v lupinah z višjo energijsko stopnjo.
Polnjenje elektronskih lupin in podlupnin
Elektroni okoli atomskega jedra imajo diskretne ravni energije, imenovane lupine. Najnižja raven energije je najbližje jedru in ima prostor le za dva elektrona v lupini, imenovani s lupina. Naslednja lupina ima prostor za osem elektronov v dveh podlupinah, s in p pod lupinah. V tretji lupini je prostora za 18 elektronov v treh podlupinah, pod, lupinah s, p in d. Četrta lupina ima štiri podlupine, ki dodajo podkošino f. Pod črtami pod črtami je vedno prostora za enako število elektronov: dva za s lupino s, šest za p, 10 za d in 14 za f.
Za identifikacijo podlupine je dana številka glavne lupine in črka podlupine. Na primer, vodik ima svoj edini elektron v lupini 1s, medtem ko ima kisik z osmimi elektroni dva v lupini 1s, dva v podlupini 2s in štiri v podkošini 2p. Podlupine se zapolnijo po vrstnem redu številk in črk do tretje lupine.
Pod lupine 3s in 3p se napolnita z dvema in šestimi elektroni, naslednji elektroni pa gredo v podkošnjo 4s, in ne v 3D lupino, kot je bilo pričakovano. Podlupina 4s ima nižjo raven energije kot 3d podlepa in se zato najprej napolni. Čeprav številke niso v zaporedju, spoštujejo načelo Aufbau, ker se elektronske podlupine polnijo glede na njihovo raven energije.
Kako delujejo izjeme
Načelo Aufbau velja za skoraj vse elemente, zlasti znotraj spodnjih atomskih števil. Izjeme temeljijo na dejstvu, da so napol polne ali polne lupine ali podkopine bolj stabilne kot delno napolnjene lupine. Kadar je razlika v nivojih energije med dvema podkošinama majhna, se lahko elektron prenese v lupino višjega nivoja, da jo napolni ali napolni. Elektron zaseda lupino višjega nivoja energije v nasprotju z načelom Aufbau, ker je atom tako bolj stabilen.
Polne ali napol polne podlupine so zelo stabilne in imajo nižjo raven energije, kot bi jo sicer. Za nekaj elementov se spremeni normalno zaporedje nivojev energije zaradi polnih ali napol polnih podlupin. Pri elementih z višjim atomskim številom postanejo razlike v energijskih nivojih zelo majhne in spremembe zaradi polnjenja podlupine so pogostejše kot pri nižjih atomskih številih. Na primer, rutenij, rodij, srebro in platina so vse izjeme od načela Aufbau zaradi napolnjenih ali do polovice napolnjenih podlupin.
Pri nižjih atomskih številih je razlika v nivoju energije za normalno zaporedje elektronskih lupin večja in izjeme niso tako pogoste. V prvih 30 elementih sta le baker, atomsko število 24 in krom, atomsko število 29, izjema od Aufbaujevega načela.
Med bakrovimi 24 elektroni napolnijo energijske ravni z dvema v 1s, dvema v 2s, šestimi v 2p, dvema v 3s in šestimi v 3p, skupaj 18 v spodnjih nivojih. Preostalih šest elektronov bi moralo iti v podlupke 4s in 3d, dva v 4s in štirje v 3d. Namesto tega, ker ima d-lupina d prostora za 10 elektronov, 3d-lupina zavzame pet od šestih razpoložljivih elktronov in enega za pod-lupino 4s. Zdaj so tako lupine 4s kot 3d napol polne, stabilna konfiguracija, a izjema od načela Aufbau.
Podobno ima krom 29 elektronov z 18 v spodnjih lupinah in 11 preostalih. Po principu Aufbau naj bi šla dva v 4, devet pa v 3d. Toda 3d lahko zadrži 10 elektronov, tako da gre samo en v 4s, da se napol napolni, 10 pa v 5d, da ga napolni. Načelo Aufbau deluje skoraj ves čas, vendar se pojavijo izjeme, ko so podlupine napol polne ali polne.