Aufbau betyder "uppbyggnad" på tyska, och Aufbau-principen säger att elektroner fyller elektronskalor runt atomer i enlighet med energinivån. Det betyder att elektronskal och subshells runt atomer är fyllda från insidan ut, utom i vissa fall där ett yttre skal har en låg energinivå och delvis fylls upp innan ett inre skal är fullt.

TL; DR ( För länge, läste inte)

Undantag från principen om Aufbau bygger på det faktum att några atomer är mer stabila när deras elektroner fyller eller halvfyller ett elektronskal eller subshell. Enligt Aufbau-principen bör dessa elektroner alltid fylla skal och subshells enligt ökande energinivåer. Element som koppar och krom är undantag eftersom deras elektroner fyller och halvfyller två subshells, med några elektroner i högre energinivåskal.

Fyllning av elektronskalor och Subshells

Elektronerna runt en atomkärnan har diskreta energinivåer som kallas skal. Den lägsta energinivån ligger närmast kärnan, och den har plats för endast två elektroner i ett skal som kallas s-skalet. Nästa skal har plats för åtta elektroner i två delhålor, s och p-delhålen. Det tredje skalet har plats för 18 elektroner i tre subshells, s, p och d subshells. Det fjärde skalet har fyra subshells, och lägger till f subshell. De bokstäverade delskalorna har alltid plats för samma antal elektroner: två för s-delskalan, sex för p, 10 för d och 14 för f.

För att identifiera en delskal får den numret på huvuddelen skal och bokstaven i underhöljet. Vätska har till exempel sin enda elektron i 1s-skalet medan syre, med åtta elektroner, har två i 1s-skalet, två i 2-delsskalet och fyra i 2p-subskalet. Subshells fyller i ordning av deras nummer och bokstäver upp till det tredje skalet.

De 3s och 3p-subshells fyller med två och sex elektroner, men nästa elektroner går in i 4-delskärmen, inte 3d subshell som förväntat. 4-delskalan har en lägre energinivå än 3d-skålen och fyller därför först. Trots att siffrorna inte är i följd, respekterar de Aufbau-principen eftersom elektronens delhyllor fyller sig i enlighet med deras energinivåer.

Hur undantagen fungerar

Principen för Aufbau rymmer nästan alla element, speciellt inom de lägre atomarna. Undantag är baserade på det faktum att halvfull eller full skal eller subshells är stabila än delvis fyllda. När skillnaden i energinivåer mellan två delhöljen är liten kan en elektron överföra till den högre nivån skalet för att fylla eller halvfylla det. Elektronen upptar det högre energinivåskalet i strid med Aufbau-principen, eftersom atomen är stabilare på så sätt.

Hela eller halvfyllda subshells är mycket stabila och har en lägre energinivå än vad de annars skulle ha. För några få element ändras den normala sekvensen av energinivåerna på grund av hela eller halvfyllda subshells. För högre atomnummerelement blir skillnaderna i energinivåerna mycket små, och förändringen på grund av att en subshell fylls är vanligare än vid lägre atomantal. Rhenium, rhodium, silver och platina är till exempel alla undantag från Aufbau-principen på grund av fyllda eller halvfyllda subshells.

I lägre atomtal är skillnaden i energinivåer för den normala sekvensen av elektronskal är större och undantag är inte lika vanliga. I de första 30 elementen är endast koppar, atomnummer 24 och krom, atomnummer 29 undantag från Aufbau-principen.

Av kopparens sammanlagda 24 elektroner fyller de energinivåerna med två i 1s , två i 2s, sex i 2p, två i 3s och sex i 3p för totalt 18 i de lägre nivåerna. De återstående sex elektronerna ska gå in i 4s och 3d subshells, med två i 4s och fyra i 3d. Istället, eftersom d-underskalan har utrymme för 10 elektroner, tar 3D-skålen fem av de sex tillgängliga elctronerna och lämnar en för 4-delskalan. Nu är både 4s och 3d subshells halvfyllda, en stabil konfiguration men ett undantag till Aufbau-principen.

På samma sätt har krom 29 elektroner med 18 i de nedre skalen och 11 kvar. Med Aufbau-principen bör två gå in i 4s och nio i 3d. Men 3d kan hålla 10 elektroner så bara en går in i 4s för att göra den halvfull och 10 gå in i 5d för att fylla den. Aufbau-principen fungerar nästan hela tiden, men undantag uppstår när subshells är halvfyllda eller fulla.