Hvad er grundlaget for undtagelser til Aufbau-princippet?

Aufbau betyder "opbygning" på tysk, og Aufbau-princippet fastslår, at elektroner fylder elektronskaller omkring atomer i henhold til energiniveauet. Det betyder, at elektronskaller og subshells omkring atomer er fyldt indefra, undtagen i nogle tilfælde hvor en ydre skal har et lavt energiniveau og delvis fyldes op, inden en indre skal er fuld.

TL; DR ( For længe, ​​ikke læst)

Undtagelser fra Aufbau-princippet er baseret på det faktum, at et par atomer er mere stabile, når deres elektroner fylder eller halvfylder en elektronskal eller subshell. Ifølge Aufbau-princippet skal disse elektroner altid fylde skaller og subshells i henhold til stigende energiniveauer. Elementer som kobber og krom er undtagelser, fordi deres elektroner fylder og halvfylder to subshells, med nogle elektroner i de højere energiniveauskaller.

Fyldning af elektronskaller og subshells

Elektronerne omkring en Atomkernen har diskrete energiniveauer kaldet skaller. Det laveste energiniveau er tættest på kernen, og det har plads til kun to elektroner i en skal kaldet s shell. Den næste skal har plads til otte elektroner i to subshells, s og p subshells. Den tredje skal har plads til 18 elektroner i tre subshells, s, p og d subshells. Den fjerde skal har fire subshells og tilføjer f subshell. De bogstaverede deleskaller har altid plads til det samme antal elektroner: to til s-deleskalaen, seks til p, 10 for d og 14 for f.

For at identificere et underskal, er det givet nummeret på de vigtigste shell og bogstavet i subshell. For eksempel har hydrogen sin eneste elektron i 1s-skalen, mens ilt med otte elektroner har to i 1s-skalen, to i 2-delshulet og fire i 2p-subshellet. Subshells fylder i rækkefølgen af ​​deres tal og bogstaver op til den tredje skal.

De 3s og 3p subshells fylder med to og seks elektroner, men de næste elektroner går ind i 4'ers subshell, ikke 3d subshell som forventet. 4-delshellet har et lavere energiniveau end 3d-underskallet og fylder derfor først op. Selv om tallene er ude af rækkefølge, respekterer de Aufbau-princippet, fordi elektronens subshells fylder op efter deres energiniveau.

Hvordan undtagelserne fungerer

Aufbau-princippet gælder for næsten alle elementer, især inden for de lavere atomantal. Undtagelser er baseret på det faktum, at halvfyldte eller fulde skaller eller subshells er mere stabile end delvist fyldte. Når forskellen i energiniveauer mellem to subshells er lille, kan en elektron overføre til det højere niveau skal til at fylde eller halvfylde det. Elektronen indtager den højere energiniveauskal i strid med Aufbau-princippet, fordi atomet er mere stabilt på den måde.

Fuld eller halvfuld subshells er meget stabile og har et lavere energiniveau, end de ellers ville have. For nogle få elementer ændres den normale sekvens af energiniveauer på grund af fuld eller halvfyldte subshells. For højere atomelementelementer bliver forskellene i energiniveauerne meget små, og forandringen på grund af at fylde en delhul er mere almindelig end ved lavere atomantal. For eksempel er ruthenium, rhodium, sølv og platin alle undtagelser fra Aufbau-princippet på grund af fyldte eller halvfyldte subshells.

I lavere atomværdier er forskellen i energiniveauer for den normale sekvens af elektronskaller er større og undtagelser er ikke så almindelige. I de første 30 elementer er kun kobber, atomnummer 24 og krom, atomnummer 29 undtagelser fra Aufbau-princippet.

Af kobberens samlede 24 elektroner fylder de energiniveauerne med to i 1s , to i 2s, seks i 2p, to i 3s og seks i 3p for i alt 18 i de lavere niveauer. De resterende seks elektroner skal gå ind i 4s og 3d subshells, med to i 4s og fire i 3d. I stedet for, at d-underskallet har plads til 10 elektroner, tager 3d-subshell fem af de seks tilgængelige elktroner og efterlader en til 4'ers subshell. Nu er både 4s og 3d subshells halvt fyldte, en stabil konfiguration, men en undtagelse fra Aufbau-princippet.

På samme måde har krom 29 elektroner med 18 i de nederste skaller og 11 tilbage. Ved Aufbau-princippet skal to gå ind i 4s og ni til 3d. Men 3d kan holde 10 elektroner, så kun en går ind i 4'erne for at gøre den halv fuld og 10 gå i 5d for at fylde den. Aufbau-princippet fungerer næsten hele tiden, men undtagelser opstår, når subshells er halvfyldte eller fulde.