aufbau significa "construir" en alemán, y el principio de aufbau establece que los electrones llenan las capas de electrones alrededor de los átomos de acuerdo con el nivel de energía. esto significa que las capas y subcasas de electrones que rodean a los átomos se llenan desde adentro hacia afuera, excepto en algunos casos en que una capa externa tiene un bajo nivel de energía y se llena parcialmente antes de que se llene una capa interna.
Relleno de cáscaras de electrones y cáscaras secundarias.
Los electrones alrededor de un núcleo atómico tienen niveles de energía discretos llamados conchas. el nivel de energía más bajo es el más cercano al núcleo, y solo tiene espacio para dos electrones en una capa llamada la capa s. la siguiente capa tiene espacio para ocho electrones en dos subshells, las subshells sy p. la tercera cubierta tiene espacio para 18 electrones en tres sub-capas, las sub-capas s, py d. el cuarto shell tiene cuatro subshells, agregando f subshell. las subshells 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 asigna el número del shell principal y la letra de la subshell. por ejemplo, el hidrógeno tiene su único electrón en la capa 1s mientras que el oxígeno, con ocho electrones, tiene dos en la capa 1s, dos en la subshell 2s y cuatro en la subshell 2p. los subshells se llenan en el orden de sus números y letras hasta el tercer shell.
las subshells 3s y 3p se llenan con dos y seis electrones, pero los electrones siguientes entran en la subshell 4s, no en la subshell 3d 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 aufbau porque las sub-carcasas de electrones se llenan de acuerdo con sus niveles de energía.
cómo funcionan las excepciones
El principio aufbau se aplica a casi todos los elementos, especialmente dentro de los números atómicos más bajos. las excepciones se basan en el hecho de que las carcasas o subcasas semicompletas o completas son más estables que las parcialmente llenas. cuando la diferencia en los niveles de energía entre dos subshells es pequeña, un electrón puede transferirse a la capa de nivel superior para llenarlo o llenarlo hasta la mitad. el electrón ocupa la capa de nivel de energía más alto en violación del principio aufbau porque el átomo es más estable de esa manera.
las subshells completas o semillenas son muy estables y tienen un nivel de energía más bajo que el que tendrían de otra manera. para unos pocos elementos, la secuencia normal de los niveles de energía se modifica debido a las sub-carcasas completas o semi-llenas. para los elementos de número atómico más alto, las diferencias en los niveles de energía se vuelven muy pequeñas, y el cambio debido al llenado de una subcapa es más común que en números atómicos más bajos. por ejemplo, el rutenio, el rodio, la plata y el platino son excepciones al principio aufbau debido a las sub-carcasas llenas o medio llenas.
en los números atómicos más bajos, la diferencia en los niveles de energía para la secuencia normal de las capas de electrones es mayor y las excepciones no son tan comunes. en los primeros 30 elementos, solo el cobre, el número atómico 24 y el cromo, el número atómico 29, son excepciones al principio aufbau.
Del total de 24 electrones de cobre, llenan los niveles de energía con dos en 1, dos en 2, seis en 2p, dos en 3 y seis en 3p para un total de 18 en los niveles más bajos. los seis electrones restantes deben ir a las subshells 4s y 3d, con dos en 4s y cuatro en 3d. en su lugar, debido a que la subshell d tiene espacio para 10 electrones, la subshell 3d toma cinco de los seis elctrones disponibles y deja uno para la subshell 4s. ahora tanto las subshells 4s como las 3d están medio llenas, una configuración estable pero una excepción al principio de aufbau.
De manera similar, el cromo tiene 29 electrones, 18 en las capas inferiores y 11 restantes. por el principio aufbau, dos deben ir en 4s y nueve en 3d. pero 3d puede contener 10 electrones por lo que solo uno va en 4 s para que esté medio lleno y 10 en 5d para llenarlo. el principio aufbau funciona casi todo el tiempo, pero se producen excepciones cuando las subshells están medio llenas o llenas.