Aufbau significa "edificare" in tedesco, e il principio Aufbau afferma che gli elettroni riempiono gusci di elettroni attorno agli atomi secondo il livello di energia. Ciò significa che i gusci elettronici e le subshell attorno agli atomi sono riempiti dall'interno verso l'esterno, tranne in alcuni casi in cui un guscio esterno ha un basso livello di energia e parzialmente si riempie prima che un guscio interno sia pieno.

TL; DR ( Troppo lungo, non letto)

Le eccezioni al principio Aufbau si basano sul fatto che alcuni atomi sono più stabili quando i loro elettroni riempiono o riempiono a metà un guscio o una sottoscocca di elettroni. Secondo il principio di Aufbau, questi elettroni dovrebbero sempre riempire gusci e gusci in base all'aumento dei livelli di energia. Elementi come il rame e il cromo sono eccezioni perché i loro elettroni riempiono e riempiono a metà due gusci, con alcuni elettroni nei gusci di livello energetico più elevato.

Riempire gusci e sottocarri di elettroni

Gli elettroni attorno a un il nucleo atomico ha livelli energetici discreti chiamati conchiglie. Il livello di energia più basso è più vicino al nucleo e ha spazio solo per due elettroni in una shell chiamata s shell. Il guscio successivo ha spazio per otto elettroni in due sottotitoli, le sottotazze s e p. Il terzo guscio ha spazio per 18 elettroni in tre subshell, le subshell s, p e d. La quarta shell ha quattro subshell, aggiungendo la subshell f. Le subshell con lettere hanno sempre spazio per lo stesso numero di elettroni: due per la subshell s, sei per p, 10 per d e 14 per f.

Per identificare una subshell, viene dato il numero del principale shell e la lettera della subshell. Ad esempio, l'idrogeno ha il suo unico elettrone nel guscio 1s mentre l'ossigeno, con otto elettroni, ha due nel guscio 1s, due nel subshell 2s e quattro nel subshell 2p. Le subshell si riempiono nell'ordine dei loro numeri e lettere fino al terzo guscio.

Le subshell 3s e 3p si riempiono di due e sei elettroni, ma i successivi elettroni entrano nella subshell 4s, non nel 3d subshell come previsto. La subshell 4s ha un livello di energia inferiore rispetto alla subshell 3d e quindi si riempie per prima. Sebbene i numeri siano fuori sequenza, rispettano il principio Aufbau perché le sottochiavi degli elettroni si riempiono secondo i loro livelli di energia.

Come funzionano le eccezioni

Il principio Aufbau vale per quasi tutti gli elementi, soprattutto all'interno dei numeri atomici inferiori. Le eccezioni si basano sul fatto che shell o gusci semi-pieni o pieni sono più stabili di quelli parzialmente riempiti. Quando la differenza nei livelli di energia tra due sottoscala è piccola, un elettrone può trasferirsi al livello più alto per riempirlo o riempirlo a metà. L'elettrone occupa la shell di livello più alto in violazione del principio Aufbau perché l'atomo è più stabile in quel modo.

Le subshell piene o semi-piene sono molto stabili e hanno un livello di energia inferiore a quello che avrebbero altrimenti. Per alcuni elementi, la normale sequenza di livelli di energia viene cambiata a causa di subshells pieni o semi-pieni. Per gli elementi di numero atomico più alti, le differenze nei livelli di energia diventano molto piccole, e il cambiamento dovuto al riempimento di una subshell è più comune rispetto ai numeri atomici inferiori. Ad esempio, rutenio, rodio, argento e platino sono tutte eccezioni al principio Aufbau a causa di sottofondi pieni o riempiti a metà.

Nei numeri atomici inferiori, la differenza nei livelli di energia per la normale sequenza di gusci elettronici è più grande e le eccezioni non sono così comuni. Nei primi 30 elementi, solo il rame, il numero atomico 24 e il cromo, numero atomico 29, sono eccezioni al principio Aufbau.

del totale di rame di 24 elettroni, riempiono i livelli di energia con due in 1 , due in 2, sei in 2p, due in 3s e sei in 3p per un totale di 18 nei livelli più bassi. I restanti sei elettroni dovrebbero andare nelle subshells 4s e 3d, con due in 4s e quattro in 3d. Invece, dato che la sottoshell d ha spazio per 10 elettroni, la subshell 3d prende cinque dei sei eltroni disponibili e ne lascia uno per la subshell 4s. Ora entrambe le subshell di 4 e 3d sono piene a metà, una configurazione stabile ma un'eccezione al principio di Aufbau.

Allo stesso modo, il cromo ha 29 elettroni con 18 nei gusci inferiori e 11 rimasti. Secondo il principio Aufbau, due dovrebbero andare in 4s e in nove in 3d. Ma il 3D può contenere 10 elettroni in modo che solo uno entri in 4 secondi per renderlo mezzo pieno e 10 in 5d per riempirlo. Il principio Aufbau funziona quasi sempre, ma si verificano eccezioni quando le subshell sono mezzo pieno o pieno.