Aufbau signifie «construire» en allemand, et le principe d'Aufbau stipule que les électrons remplissent les coquilles d'électrons autour des atomes en fonction du niveau d'énergie. Cela signifie que les coquilles d'électrons et les sous-couches entourant les atomes sont remplies de l'intérieur, sauf dans certains cas où une coquille externe a un faible niveau d'énergie et se remplit partiellement avant qu'une coquille intérieure soit pleine.

TL; Trop longtemps, pas lu)

Les exceptions au principe d'Aufbau sont basées sur le fait que quelques atomes sont plus stables lorsque leurs électrons remplissent ou remplissent à moitié une coquille d'électrons ou une sous-couche. Selon le principe d'Aufbau, ces électrons doivent toujours remplir les coques et les sous-couches en fonction des niveaux d'énergie croissants. Des éléments tels que le cuivre et le chrome sont des exceptions parce que leurs électrons remplissent et remplissent à moitié deux sous-couches, avec des électrons dans les couches de niveau d'énergie supérieur.

Remplissage des coquilles d'électrons et des sous-couches

Les électrons autour d'un noyau atomique ont des niveaux d'énergie discrets appelés coquilles. Le niveau d'énergie le plus bas est le plus proche du noyau, et il n'a de place que pour deux électrons dans une coquille appelée la coquille. La coquille suivante a de la place pour huit électrons dans deux sous-couches, les sous-couches s et p. La troisième coque a de la place pour 18 électrons dans trois sous-couches, les sous-couches s, p et d. Le quatrième shell a quatre sous-cases, ajoutant le sous-shell f. Les sous-cases lettrées ont toujours de la place pour le même nombre d'électrons: deux pour le sous-shell s, six pour p, 10 pour d et 14 pour f.

Pour identifier un sous-shell, on lui donne le numéro de shell et la lettre du sous-shell. Par exemple, l'hydrogène a son seul électron dans la coquille 1s tandis que l'oxygène, avec huit électrons, en a deux dans la coquille 1s, deux dans la sous-couche 2s et quatre dans la sous-couche 2p. Les sous-cases se remplissent dans l'ordre de leurs nombres et lettres jusqu'au troisième shell.

Les sous-couches 3s et 3p se remplissent de deux et six électrons, mais les électrons suivants vont dans le sous-shell 4s, pas le 3d sous-couche comme prévu. Le sous-shell 4s a un niveau d'énergie plus faible que le sous-shell 3D et se remplit donc en premier. Bien que les nombres soient désordonnés, ils respectent le principe d'Aufbau car les sous-couches d'électrons se remplissent en fonction de leur niveau d'énergie.

Comment fonctionnent les exceptions

Le principe Aufbau s'applique à presque tous les éléments, en particulier dans les numéros atomiques inférieurs. Les exceptions sont basées sur le fait que les coques ou sous-couches à moitié pleines ou pleines sont plus stables que celles partiellement remplies. Lorsque la différence de niveau d'énergie entre deux sous-couches est faible, un électron peut être transféré dans l'enveloppe de niveau supérieur pour le remplir ou le remplir à moitié. L'électron occupe le niveau d'énergie supérieur en violation du principe d'Aufbau parce que l'atome est plus stable de cette façon.
Les sous-couches pleines ou semi-pleines sont très stables et ont un niveau d'énergie inférieur à ce qu'elles auraient autrement. Pour quelques éléments, la séquence normale des niveaux d'énergie est modifiée à cause des sous-couches pleines ou à moitié pleines. Pour les éléments de numéro atomique supérieur, les différences dans les niveaux d'énergie deviennent très faibles, et le changement dû au remplissage d'une sous-couche est plus fréquent qu'à des nombres atomiques inférieurs. Par exemple, le ruthénium, le rhodium, l'argent et le platine sont des exceptions au principe d'Aufbau à cause des sous-couches remplies ou semi-remplies.

Dans les nombres atomiques inférieurs, la différence de niveaux d'énergie est plus grande et les exceptions ne sont pas aussi courantes. Dans les 30 premiers éléments, seuls le cuivre, numéro atomique 24, et le chrome, numéro atomique 29, sont des exceptions au principe d'Aufbau.

Sur un total de 24 électrons, ils remplissent les niveaux d'énergie avec deux en 1 , deux en 2, six en 2p, deux en 3 et six en 3p pour un total de 18 dans les niveaux inférieurs. Les six électrons restants devraient aller dans les sous-couches 4s et 3d, avec deux dans 4s et quatre dans 3d. Au lieu de cela, parce que la sous-couche d a de la place pour 10 électrons, la sous-couche 3d prend cinq des six elctrons disponibles et en laisse une pour la sous-couche 4s. Maintenant, les sous-couches 4s et 3d sont à moitié pleines, une configuration stable mais une exception au principe Aufbau.
De même, le chrome a 29 électrons avec 18 dans les coques inférieures et 11 restes. Selon le principe Aufbau, deux devraient aller en 4 et 9 en 3d. Mais le 3D peut contenir 10 électrons alors un seul passe en 4s pour le rendre à moitié plein et 10 en 5d pour le remplir. Le principe Aufbau fonctionne presque tout le temps, mais des exceptions surviennent lorsque les sous-couches sont à moitié pleines ou pleines.