Ауфбау по-німецьки означає "нарощування", а принцип Ауфбау говорить, що електрони заповнюють електронні оболонки навколо атомів відповідно до рівня енергії. Це означає, що електронні оболонки та під оболонки навколо атомів заповнюються зсередини назовні, за винятком деякі випадки, коли зовнішня оболонка має низький рівень енергії і частково заповнюється раніше, ніж є внутрішня оболонка повний.
TL; DR (занадто довгий; Не читав)
Винятки з принципу Ауфбау засновані на тому, що декілька атомів є стабільнішими, коли їх електрони заповнюють або наповнюють електронну оболонку або підоболонку. Згідно з принципом Ауфбау, ці електрони повинні завжди заповнювати оболонки та під оболонки відповідно до зростаючих рівнів енергії. Такі елементи, як мідь і хром, є винятком, оскільки їх електрони заповнюють і наповнюють наполовину дві під оболонки, причому деякі електрони знаходяться в оболонках вищого енергетичного рівня.
Заповнення електронних оболонок і підкоренок
Електрони навколо атомного ядра мають дискретні енергетичні рівні, які називаються оболонками. Найнижчий енергетичний рівень найближчий до ядра, і в ньому є місце лише для двох електронів в оболонці, яка називається s-оболонкою. У наступній оболонці є місце для восьми електронів у двох підоболонках, s і p. Третя оболонка має місце для 18 електронів у трьох під оболонках, s, p та d під оболонках. Четверта оболонка має чотири підкори, додаючи f-оболонку. Букви, що містяться в буквах, завжди мають місце для однакової кількості електронів: два для s-оболонки s, шість для p, 10 для d і 14 для f.
Для ідентифікації підоболонки йому присвоюється номер основної оболонки та буква під оболонки. Наприклад, водень має свій єдиний електрон в 1s-оболонці, тоді як кисень з вісьмома електронами має два в 1s-оболонці, два в 2s-оболонці і чотири в 2p-оболонці. Підоболонки заповнюються в порядку їх цифр і букв аж до третьої оболонки.
Підоболонки 3s і 3p заповнюються двома і шістьма електронами, але наступні електрони йдуть в підсвітло 4s, а не в 3d під оболонку, як очікувалося. Під оболонка 4s має нижчий енергетичний рівень, ніж 3d під оболонка, і тому заповнюється першою. Незважаючи на те, що цифри не узгоджені, вони поважають принцип Ауфбау, оскільки електрооболонки заповнюються відповідно до їх енергетичного рівня.
Як працюють винятки
Принцип Ауфбау виконується майже для всіх елементів, особливо в межах нижчих атомних чисел. Винятки ґрунтуються на тому, що напівповні або повні оболонки або підраковини стабільніші, ніж частково заповнені. Коли різниця в енергетичних рівнях між двома оболонками невелика, електрон може перейти в оболонку вищого рівня, щоб заповнити або наповнити її. Електрон займає оболонку вищого енергетичного рівня всупереч принципу Ауфбау, оскільки атом таким чином стабільніший.
Повна або напівповна напівоболонка дуже стабільна і має нижчий енергетичний рівень, ніж у іншому випадку. Для кількох елементів нормальна послідовність рівнів енергії змінюється через повну або наполовину заповнену під оболонки. Для елементів вищих атомних чисел різниця в рівнях енергії стає дуже малою, і зміна внаслідок заповнення під оболонки є більш поширеною, ніж у нижчих атомних номерах. Наприклад, рутеній, родій, срібло та платина - це всі винятки з принципу Ауфбау через заповнені або наповнені наповнені оболонки.
У нижчих атомних числах різниця рівнів енергії для нормальної послідовності електронних оболонок більша, і винятки не такі поширені. У перших 30 елементах лише мідь, атомний номер 24 і хром, атомний номер 29, є винятками з принципу Ауфбау.
Із загальної кількості 24 електронів міді вони заповнюють енергетичні рівні двома за 1 с, двома за 2 с, шістьма за 2p, двома за 3s та шістьма за 3p, загалом 18 на нижчих рівнях. Решта шість електронів повинні потрапити в 4s та 3d під оболонки, причому два в 4s і чотири в 3d. Натомість, оскільки в d-оболонці d є місце для 10 електронів, 3d-оболонка займає п’ять із шести доступних елктронів і залишає один для 4-ї під оболонки. Зараз і оболонки 4s, і 3d наполовину заповнені, стабільна конфігурація, але виняток з принципу Ауфбау.
Подібним чином, хром має 29 електронів з 18 у нижній оболонці і 11, що залишилися. За принципом Ауфбау, два повинні переходити на 4, а дев'ять на 3d. Але 3d може вмістити 10 електронів, тому лише один переходить на 4 секунди, щоб наповнити його наполовину, а 10 перейти на 5d, щоб заповнити. Принцип Ауфбау працює майже весь час, але винятки трапляються, коли підоболонки наполовину заповнені або заповнені.