Дефиниция на принципа на Ауфбау

Принципът на Aufbau определя чрез определени правила как електроните са организирани в черупки и подчерупки около атомното ядро:

• Електроните влизат в подчерупката, която има възможно най-ниската енергия.
• Една орбитала може да съдържа максимум два електрона, подчинявайки се на принципа на изключване на Паули.
• Електроните следват правилото на Хунд. Той гласи, че електроните са разпръснати, ако има две или повече орбитали, които са еквивалентни по енергия.
• По-ниските електронни орбитали се запълват преди по-високите орбитали, образуващи електронната обвивка. Крайният резултат е, че атомът, йонът или молекулата образуват възможно най-стабилната електронна конфигурация.

Принципът на Aufbau обхваща енергийни нива от 1 до 7 и поднивата: „s“ (2 електрона), „p“ (до 6 електрона), „d“ (до 10 електрона) и „f“ (до 14 електрона ).

В елементарното състояние на атома електроните заемат атомни орбитали. Методът на конструиране на Aufbau е процедурата, която установява електронната конфигурация на атом и се състои в следване на ред за запълване на различните орбитали, въз основа на енергийните стойности на всяка една от тях. За целта се използва диаграмата на Мьолер или диагоналите, както и правилото за минимална енергия (n+l): “n” е главното квантово число, а “l” е азимуталното квантово число.

Примери за принципа на Aufbau

Чрез тези правила принципът на Ауфбау ни предоставя поредица от инструкции за правилното разположение на електроните в орбиталите на атома. Някои примери за наблюдение на електронната конфигурация съгласно принципа на Aufbau са:

• Водород (Z=1): 1s ¹
• Въглерод (Z=6): 1s ²  2s ²  2p ²
• Бор (Z=5): 1s ²  2s ²  2p ¹
• Азот (Z=7): 1s ²  2s ²  2p ³
• Кислород (Z=8): 1s ²  2s ²  2p ⁴
• Калий (Z=19): 1s ²  2s ²  2p ⁶  3s ²  3p ⁶  4s ¹
• Желязо (Z=26): 1s ²  2s ²  2p ⁶  3s ²  3p ⁶  4s ²  3d ⁶
• ^{Калай (} Z=50): 1s ²  2s ²  2p ^{6 3s 2}  3p ⁶  4s ²  3d ¹⁰   4p ⁶ 5s ²  4d  10  5p ²

Ограничения на принципа на Aufbau

Принципът на Aufbau помага да се предвидят конфигурациите на повечето елементи. Въпреки това, както при повечето правила, има и изключения от принципа на Aufbau: някои елементи не винаги го следват. Например, предвидената електронна конфигурация за хром (Cr) е 4s ² 3d ⁴ , но наблюдаваната конфигурация всъщност е 4s ¹ 3d ⁵ .

Друг пример е медта (Cu). Електронната му конфигурация според принципа на Ауфбау е 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ⁹ , но експериментално е доказано, че всъщност е 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ 3d ¹⁰ .

Библиография

• Факултет по фармация. Електронната структура на атомите. (1993). Университет на Алкала. Наличен на: http://www.geocities.ws/ingenierosistemas1/estructuraelectronicaatomos.pdf
• Грило, Принцип на К. Ауфбау или правило на триона. (2013). Достъпно на: https://youtu.be/EiT0qHAKeRs
• Бланко Рамос, Ф. Въведение във физиката на атомите и молекулите . (2019 г.). Испания.