Aufbau significa "construir" en alemán, y el principio Aufbau establece que los electrones llenan los depósitos de electrones alrededor de los átomos de acuerdo con el nivel de energía. Esto significa que los caparazones de electrones y las subcapas alrededor de los átomos se rellenan desde adentro hacia afuera, excepto en algunos casos donde una capa externa tiene un bajo nivel de energía y se llena parcialmente antes de que una capa interna esté llena.

TL; DR ( Demasiado tiempo; no lo leyó)

Las excepciones al principio de Aufbau se basan en el hecho de que unos pocos átomos son más estables cuando sus electrones llenan o medio llenan un caparazón de electrón o una subcapa. De acuerdo con el principio Aufbau, estos electrones siempre deben llenar conchas y subcapas de acuerdo con el aumento de los niveles de energía. Elementos como el cobre y el cromo son excepciones porque sus electrones llenan y llenan a medias dos subcapas, con algunos electrones en los caparazones de nivel de energía más altos.

Rellenar depósitos y subcapas de electrones

Los electrones alrededor de un núcleo atómico tienen niveles de energía discretos llamados conchas. El nivel de energía más bajo está más cerca del núcleo, y tiene espacio para solo dos electrones en un caparazón llamado caparazón s. El siguiente caparazón tiene espacio para ocho electrones en dos subcapas, la s y la subcapas p. La tercera capa tiene espacio para 18 electrones en tres subcapas, las subcapas s, p y d. El cuarto caparazón tiene cuatro subcapas, y agrega la subshell f. Las subcapas con letras siempre tienen espacio para la misma cantidad de electrones: dos para la subshell s, seis para p, 10 para d y 14 para f.

Para identificar una subshell, se le da el número de la principal shell y la letra de la subshell. Por ejemplo, el hidrógeno tiene su único electrón en el caparazón 1s mientras que el oxígeno, con ocho electrones, tiene dos en el caparazón 1s, dos en el subshell 2s y cuatro en el subshell 2p. Las subcapas se llenan en el orden de sus números y letras hasta el tercer caparazón.

Las subcapas 3s y 3p se llenan con dos y seis electrones, pero los siguientes electrones entran en la subshell 4s, no en el 3d subshell como se esperaba. La subshell 4s tiene un nivel de energía más bajo que la subshell 3d y, por lo tanto, se llena primero. Aunque los números están fuera de secuencia, respetan el principio de Aufbau porque las subcapas de electrones se llenan según sus niveles de energía.

Cómo funcionan las excepciones

El principio de Aufbau es válido para casi todos los elementos, especialmente dentro de los números atómicos más bajos. Las excepciones se basan en el hecho de que las conchas medio llenas o llenas o las subcapas son más estables que las parcialmente llenas. Cuando la diferencia en los niveles de energía entre dos subcapas es pequeña, un electrón puede transferirse al caparazón de nivel más alto para llenarlo o llenarlo a medias. El electrón ocupa el caparazón de nivel de energía más alto en violación del principio de Aufbau porque el átomo es más estable de esa manera.

Las subcapas completas o medio llenas son muy estables y tienen un nivel de energía más bajo del que tendrían normalmente. Para algunos elementos, la secuencia normal de niveles de energía cambia debido a subcapas completas o medio llenas. Para elementos de números atómicos superiores, las diferencias en los niveles de energía se vuelven muy pequeñas, y el cambio debido al llenado de una subcamada es más común que en los números atómicos más bajos. Por ejemplo, el rutenio, el rodio, la plata y el platino son todas excepciones al principio de Aufbau debido a las subcapas rellenas o medio llenas.

En los números atómicos inferiores, la diferencia en los niveles de energía para la secuencia normal de los caparazones de electrones es más grande y las excepciones no son tan comunes. En los primeros 30 elementos, solo cobre, número atómico 24 y cromo, número atómico 29, son excepciones al principio Aufbau.

Del total de 24 electrones de cobre, estos llenan los niveles de energía con dos en 1s. , dos en 2, seis en 2p, dos en 3 y seis en 3p para un total de 18 en los niveles inferiores. Los seis electrones restantes deben ir a las subcapas 4s y 3d, con dos en 4 y cuatro en 3d. En cambio, debido a que la subshell d tiene espacio para 10 electrones, la subshell 3d toma cinco de los seis elctrons disponibles y deja uno para la subshell 4s. Ahora las subcapas 4s y 3d están medio llenas, una configuración estable pero una excepción al principio de Aufbau.

De manera similar, el cromo tiene 29 electrones con 18 en las capas inferiores y 11 restantes. Según el principio Aufbau, dos deben ir a 4 y nueve a 3d. Pero 3d puede contener 10 electrones por lo que solo uno entra en 4s para hacerlo medio lleno y 10 entran en 5d para llenarlo. El principio de Aufbau funciona casi todo el tiempo, pero se producen excepciones cuando las subcapas están medio llenas o llenas.