Aufbau significa "costruire" in tedesco, e il principio di Aufbau afferma che gli elettroni riempiono i gusci di elettroni attorno agli atomi in base al livello di energia. Ciò significa che i gusci di elettroni e le conchiglie attorno agli atomi vengono riempiti dall'interno verso l'esterno, tranne in alcuni casi in cui un guscio esterno ha un livello di energia basso e si riempie parzialmente prima che un guscio interno sia pieno.
TL; DR ( Troppo lungo; non letto)
Le eccezioni al principio di Aufbau si basano sul fatto che alcuni atomi sono più stabili quando i loro elettroni riempiono o riempiono a metà una shell di elettroni o una subshell. Secondo il principio di Aufbau, questi elettroni dovrebbero sempre riempire conchiglie e conchiglie in base all'aumento dei livelli di energia. Elementi come rame e cromo sono eccezioni perché i loro elettroni riempiono e riempiono a metà due sottotitoli, con alcuni elettroni nei gusci di livello di energia superiore.
Riempimento di gusci e sottotitoli di elettroni
livelli di energia discreti chiamati conchiglie. Il livello di energia più basso è il più vicino al nucleo e ha spazio solo per due elettroni in un guscio chiamato guscio. La shell successiva ha spazio per otto elettroni in due sottotitoli, i sottotitoli s e p. La terza shell ha spazio per 18 elettroni in tre sottotitoli, i sottotitoli s, pe 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 main shell e la lettera della subshell. Ad esempio, l'idrogeno ha il suo unico elettrone nella shell 1s mentre l'ossigeno, con otto elettroni, ne ha due nella shell 1s, due nella subshell 2s e quattro nella subshell 2p. I sottotitoli si riempiono nell'ordine dei loro numeri e lettere fino alla terza shell.
I sottotitoli 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 non siano in sequenza, rispettano il principio di Aufbau perché le sottostrutture di elettroni si riempiono in base ai loro livelli di energia.
Come funzionano le eccezioni
Il principio di Aufbau vale per quasi tutti gli elementi, specialmente all'interno del numeri atomici inferiori. Le eccezioni si basano sul fatto che le conchiglie o le conchiglie semi-piene o piene sono più stabili di quelle parzialmente riempite. Quando la differenza nei livelli di energia tra due sottotitoli è piccola, un elettrone può trasferirsi nel guscio di livello superiore per riempirlo o riempirlo a metà. L'elettrone occupa l'involucro del livello di energia superiore in violazione del principio di Aufbau perché l'atomo è più stabile in questo modo.
Sottotitoli pieni o semicileni sono molto stabili e hanno un livello di energia inferiore a quello che altrimenti avrebbero. Per alcuni elementi, la normale sequenza dei livelli di energia è cambiata a causa di subshells full o half full. Per elementi con un numero atomico più elevato, le differenze nei livelli di energia diventano molto piccole e il cambiamento dovuto al riempimento di una sottostruttura è più comune rispetto ai numeri atomici inferiori. Ad esempio, rutenio, rodio, argento e platino sono tutte eccezioni al principio di Aufbau a causa di subshells riempiti o semi-riempiti.
Nei numeri atomici inferiori, la differenza nei livelli di energia per la normale sequenza di gusci di elettroni è più grande e le eccezioni non sono così comuni. Nei primi 30 elementi, solo il rame, il numero atomico 24 e il cromo, il numero atomico 29, sono eccezioni al principio di Aufbau.
Del totale di 24 elettroni del rame, riempiono i livelli di energia con due in 1s , due in 2s, sei in 2p, due in 3s e sei in 3p per un totale di 18 nei livelli inferiori. I restanti sei elettroni dovrebbero andare nei sottotitoli 4s e 3d, con due in 4s e quattro in 3d. Invece, poiché la subshell d ha spazio per 10 elettroni, la subshell 3d prende cinque dei sei elctron disponibili e ne lascia uno per la subshell 4s. Ora entrambi i sottotitoli 4s e 3d sono mezzo pieni, 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 di Aufbau, due dovrebbero andare in 4s e nove in 3d. Ma 3d può contenere 10 elettroni, quindi solo uno va in 4s per renderlo mezzo pieno e 10 vanno in 5d per riempirlo. Il principio di Aufbau funziona quasi sempre, ma si verificano eccezioni quando i subshells sono mezzo pieni o pieni.
