Aufbau-Prinzip

Vun niddreger Energie no uewen opbauen

Fir déi éischt Elementer ass d’Reiefolleg einfach: H 1s¹, He 1s², Li 1s²2s¹, an 2p fänkt bei B un. Déi praktesch Reiefolleg geet mat 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s… weider, zesumme mat Pauli an Hund.

D’n+ℓ-Regel resuméiert vill vun där Uerdnung: eng Ënnerschuel mat méi klenge n+ℓ gëtt meeschtens éischter gefëllt; bei Gläichstand kënnt déi mat méi klenge n fir d’éischt. 4s huet n+ℓ=4, 3d huet 5, dofir fänkt 4s bei K a Ca un.

Aufbau heescht wuertwiertlech ‘opbauen’. Et geet een vun enger scho gefëllter Kärkonfiguratioun aus a setzt déi reschtlech Elektronen an déi niddregst disponibel Zoustänn. D’Fëlluerdnung ass nëmmen den éischte Schrëtt: Pauli limitéiert en Orbital op zwee Elektronen, an Hund bestëmmt d’Verdeelung an degeneréierten Orbitaler virun der Paarung.

Orbitalenergie ännere sech a Vill-Elektrone-Atomer

Beim Waasserstoff hunn Orbitaler mam selwechten n déi selwecht Energie, wann een kleng Korrekturen ausléisst. A Vill-Elektrone-Atomer splécken Ofschiermung, Penetratioun an Elektron–Elektron-Ofstoussung dës Energien.

Nach méi wichteg: Orbitalenergie ass keng fix Etikett. Eidel 4s kann am Ufank vun der 4. Period ënner 3d leien, mee mat 3d-Besetzung änneren Ofstoussung a Relaxatioun d’Relatioun. «4s ass ëmmer ënner 3d» ass dofir falsch.

Besonnesch 4s an 3d leien energetesch no beieneen. Ier 3d besat ass, kann d’Penetratioun vum 4s dësen Zoustand relativ stabiliséieren; mat wuessender 3d-Besetzung änneren Ofschiermung, Ofstoussung a Relaxatioun. Et gëtt also keng steif Energieleeder, déi ouni Kontroll fir all Atom oder Ion gëllt.

Ausnamen an Iwwergangsmetall-Ionen

Méi wäit wéi Chrom a Koffer

Cr a Cu weisen d’Limitatioun, well 3d an 4s ganz no beienee leien. Mo, Ru, Rh, Pd, Ag a Pt weisen aner Reorganisatiounen; Pd ass markant mat [Kr]4d¹⁰ ouni 5s-Elektron am übleche Grondzoustand. Bei Iwwergangsmetall-Katioune ginn dacks ns-Elektrone virun (n−1)d ewechgeholl.

Fir Iwwergangsmetall-Katioune soll een als éischt de Grondzoustand vum neutralen Atom opschreiwen an eréischt duerno Elektronen aus den héchstenergetesche besaten Orbitaler ewechhuelen. Sou kann 4s virun 3d gefëllt ginn, awer bei Fe²⁺ a villen anere Katiounen éischter eidel ginn: Fëllen an Ioniséiere si verschidden Energieproblemer.

Grondzoustände, ugereegt Zoustänn an Evidenz

En ugereegten Zoustand ass net déiselwecht Aart vun ‘Ausnam’ wéi Cr oder Cu. Bei enger Ureegung huet zougefouert Energie en Elektron bewosst op en héije Niveau bruecht. Eng onreegelméisseg Grondkonfiguratioun ass dogéint selwer den niddregsten Energiezoustand vum neutralen Atom a gëtt iwwer Gesamtenergie a Miessunge festgeluecht.

D’n+ℓ-Regel ass eng Mnemotechnik, keen Hamilton-Operator

D’Madelung-Uerdnung funktionéiert iwwerraschend gutt fir vill neutral Atomer, mee si ass keen universellen Theorem. Energie hänkt vu Z, Besetzung an Ëmfeld of; bei Ionen, Moleküllen a Festkierper kann d’Uerdnung anescht sinn.

Experimentell Evidenz fir Orbitaluerdnung

Spektroskopie, Ioniséierungsenergien, Photoelektronmessungen a Quanteberechnunge testen d’Konfiguratiounen. De Grondzoustand gëtt net gewielt, fir datt d’Tabelle schéin ausgesäit; hie gëtt duerch déi niddregst Gesamtenergie an Evidenz bestëmmt.

E praktesche Workflow

Praktesch: Elektrone zielen, déi approximativ Fëlluerdnung benotzen, Pauli an Hund erzwingen, bekannt Ausname kontrolléieren an Ionen no den Energien vun de wierklech besaten Orbitaler behandelen.

Übungen

Kalium

Wéi eng Ënnerschuel fänkt no [Ar] beim K no Aufbau un?

Fe²⁺

Neutral Fe ass [Ar]3d⁶4s². Wéi gesäit Fe²⁺ aus?

n+ℓ-Regel

Wéi eng Ënnerschuel kënnt no Madelung fir d’éischt, 3d oder 4p?