Was ist die Grundlage f├╝r Ausnahmen vom Aufbauprinzip?

Kupfer ist eine Ausnahme zum Aufbauprinzip.

Aufbau bedeutet "Aufbauen" auf Deutsch, und das Aufbau-Prinzip besagt, dass Elektronen Elektronenschalen um Atome entsprechend dem Energieniveau f├╝llen. Dies bedeutet, dass Elektronenschalen und Subschalen rund um Atome von innen nach au├čen gef├╝llt sind, au├čer in einigen F├Ąllen, in denen eine ├Ąu├čere Schale ein niedriges Energieniveau hat und sich teilweise f├╝llt, bevor eine innere Schale voll ist.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Ausnahmen vom Aufbau-Prinzip basieren auf der Tatsache, dass einige Atome stabiler sind, wenn ihre Elektronen eine Elektronenh├╝lle oder Unterschale f├╝llen oder halb f├╝llen. Nach dem Aufbau-Prinzip sollten diese Elektronen immer Schalen und Unterschalen mit steigendem Energieniveau f├╝llen. Elemente wie Kupfer und Chrom sind Ausnahmen, da ihre Elektronen zwei Subschalen f├╝llen und halb f├╝llen, wobei einige Elektronen in den Schalen mit h├Âherer Energie liegen.

F├╝llen von Elektronenschalen und Subschalen

Die Elektronen um einen Atomkern haben diskrete Energieniveaus, die Schalen genannt werden. Das niedrigste Energieniveau ist dem Kern am n├Ąchsten und es hat nur Platz f├╝r zwei Elektronen in einer Schale, die s-Schale genannt wird. Die n├Ąchste Schale hat Platz f├╝r acht Elektronen in zwei Subschalen, den S- und den P-Subschalen. Die dritte Schale hat Platz f├╝r 18 Elektronen in drei Subschalen, den Subschalen s, p und d. Die vierte Shell hat vier Subshells, die die f-Subshell hinzuf├╝gen. Die beschrifteten Subschalen haben immer Platz f├╝r die gleiche Anzahl von Elektronen: zwei f├╝r die s Subshell, sechs f├╝r p, 10 f├╝r d und 14 f├╝r f.

Um eine Subshell zu identifizieren, wird ihr die Nummer der Haupt-Shell und der Buchstabe der Subshell zugewiesen. Zum Beispiel hat Wasserstoff sein einziges Elektron in der 1s-H├╝lle, w├Ąhrend Sauerstoff mit acht Elektronen zwei in der 1s-Schale, zwei in der 2s-Unterschale und vier in der 2p-Unterschale hat. Die Subshells f├╝llen sich in der Reihenfolge ihrer Zahlen und Buchstaben bis zur dritten Shell.

Die 3s und 3p Subshells f├╝llen sich mit zwei und sechs Elektronen, aber die n├Ąchsten Elektronen gehen in die 4s Subshell, nicht wie erwartet in die 3d Subshell. Die 4s Subshell hat ein niedrigeres Energieniveau als die 3d Subshell und f├╝llt sich daher zuerst. Obwohl die Zahlen au├čerhalb der Reihenfolge liegen, respektieren sie das Aufbau-Prinzip, da sich die Elektronen-Unterschalen entsprechend ihren Energieniveaus auff├╝llen.

Wie funktionieren die Ausnahmen?

Das Aufbau-Prinzip gilt f├╝r fast alle Elemente, insbesondere innerhalb der unteren Ordnungszahlen. Ausnahmen basieren auf der Tatsache, dass halbvolle oder vollst├Ąndige Schalen oder Unterschalen stabiler sind als teilweise gef├╝llte. Wenn der Unterschied in den Energieniveaus zwischen zwei Unterschalen klein ist, kann ein Elektron auf die Schale der h├Âheren Ebene ├╝bertragen werden, um sie zu f├╝llen oder halb zu f├╝llen. Das Elektron besetzt die H├╝lle mit dem h├Âheren Energieniveau unter Verletzung des Aufbau-Prinzips, weil das Atom auf diese Weise stabiler ist.

Volle oder halbvolle Subshells sind sehr stabil und haben ein niedrigeres Energieniveau als sie es sonst tun w├╝rden. F├╝r einige Elemente ├Ąndert sich die normale Reihenfolge der Energieniveaus wegen der vollen oder halbvollen Subshells. F├╝r Elemente mit h├Âherer Ordnungszahl werden die Unterschiede in den Energieniveaus sehr klein, und die ├änderung aufgrund des F├╝llens einer Unterschale ist h├Ąufiger als bei niedrigeren Ordnungszahlen. Zum Beispiel sind Ruthenium, Rhodium, Silber und Platin alle Ausnahmen des Aufbau-Prinzips wegen gef├╝llter oder halbgef├╝llter Subschalen.

In den niedrigeren Ordnungszahlen ist der Unterschied in den Energieniveaus f├╝r die normale Sequenz der Elektronenh├╝llen gr├Â├čer und Ausnahmen sind nicht so ├╝blich. In den ersten 30 Elementen sind nur Kupfer, Ordnungszahl 24 und Chrom, Ordnungszahl 29, Ausnahmen vom Aufbau-Prinzip.

Von den insgesamt 24 Elektronen von Kupfer f├╝llen sie die Energieniveaus mit zwei in 1, zwei in 2, sechs in 2p, zwei in 3s und sechs in 3p f├╝r insgesamt 18 in den unteren Ebenen. Die verbleibenden sechs Elektronen sollten in die 4s und 3d Unterschalen gehen, mit zwei in 4s und vier in 3d. Da die d-Subshell Platz f├╝r 10 Elektronen bietet, nimmt die 3d-Subshell stattdessen f├╝nf der sechs verf├╝gbaren Elektronen und l├Ąsst eins f├╝r die 4s-Subshell ├╝brig. Nun sind sowohl die 4er als auch die 3d Subschale halb voll, eine stabile Konfiguration, aber eine Ausnahme vom Aufbau Prinzip.

Ähnlich hat Chrom 29 Elektronen mit 18 in den unteren Schalen und 11 übrig. Nach dem Aufbau Prinzip sollten zwei in 4s und neun in 3d gehen. Aber 3d kann 10 Elektronen aufnehmen, also geht nur einer in 4s, um es halb voll zu machen und 10 in 5d, um es zu füllen. Das Aufbau-Prinzip funktioniert fast immer, Ausnahmen treten jedoch auf, wenn Subshells halb voll oder voll sind.

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