Mini-kurzus
Aufbau-elv
Az Aufbau-elv szerint az atom alapállapoti elektronkonfigurációját közelítőleg úgy építhetjük fel, hogy az elektronokat az alacsonyabb energiájú orbitáloktól a magasabbak felé helyezzük el, miközben a Pauli-elvet és Hund-szabályt is betartjuk. Az elv hasznos rendezési séma, nem abszolút kivétel nélküli természettörvény.
Madelung-szabály
Gyakori közelítésben az alhéjak n+l növekvő sorrendben töltődnek; azonos n+l esetén a kisebb n kerül előbb. Így kapjuk például 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p… sorrendet.
Miért 4s a 3d előtt?
Semleges könnyebb atomoknál a 4s állapot energiája a feltöltés kezdetén kedvező lehet a 3d-hez képest a behatolás és árnyékolás miatt. Ahogy d elektronok kerülnek az atomba, az energiasorrend változhat; ezért átmenetifém-ionizációkor a 4s elektronok gyakran előbb távoznak.
Pauli és Hund együtt
Az Aufbau csak az energiasorrendet adja. Egy orbitálban legfeljebb két ellentétes spinű elektron lehet a Pauli-elv miatt, azonos energiájú orbitálok pedig Hund-szabály szerint előbb egyszeresen töltődnek.
Kivételek
Króm, réz és több nehezebb elem alapállapoti konfigurációja eltér az egyszerű Madelung-sorrendből jósolttól. A d és s alhéjak energiakülönbsége kicsi, így elektronkorreláció és más stabilizáló hatások megváltoztathatják a kedvező konfigurációt.
Miért mégis hasznos?
A főcsoportbeli elemek nagy részénél gyorsan helyes konfigurációt ad, és világosan összeköti a periódusos rendszer blokkjait az alhéjak feltöltésével. Kivételes esetekben pedig kiindulópontot biztosít a pontosabb konfiguráció megértéséhez.
Gerjesztett állapot nem Aufbau-alapállapot
Fényelnyelés vagy ütközés után elektron magasabb energiájú állapotba kerülhet. Ilyenkor a pillanatnyi konfiguráció nem követi az alapállapoti feltöltési sorrendet. Az Aufbau-elv kifejezetten az alapállapot felépítésének közelítő szabálya.
Ionoknál óvatosság
Kationképzéskor nem egyszerűen az utoljára „felírt” elektront töröljük minden esetben. Átmenetifémeknél az ns elektronok rendszerint előbb távoznak, mint az (n−1)d elektronok, mert az ionban az energiasorrend megváltozik.
Energia nem fix sorrend
Az alhéjak energiája nem olyan, mint egy örökre rögzített lépcsősor. A magtöltés, az árnyékolás és az elektronok jelenléte módosítja őket, ezért a 4s és 3d relatív helyzete az atom töltésállapotával változhat. Ez magyarázza, miért kell az Aufbau-szabályt energetikai közelítésként, nem mechanikus nyíldiagramként használni.
Próbáld ki
Az egyszerű Aufbau-sorrend szerint melyik alhéj töltődik 4s után?
Megoldás
A 3d alhéj. A szokásos sorrend …3p, 4s, 3d, 4p…; de az átmenetifémek pontos konfigurációinál kivételek is előfordulnak.