Was ist die Grundlage fĂŒr 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 fĂŒllen. Dies bedeutet, dass Elektronenschalen und Subschalen rund um Atome von innen nach außen gefĂŒllt sind, außer in einigen FĂ€llen, in denen eine Ă€ußere Schale ein niedriges Energieniveau hat und sich teilweise fĂŒllt, 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 ElektronenhĂŒlle oder Unterschale fĂŒllen oder halb fĂŒllen. Nach dem Aufbau-Prinzip sollten diese Elektronen immer Schalen und Unterschalen mit steigendem Energieniveau fĂŒllen. Elemente wie Kupfer und Chrom sind Ausnahmen, da ihre Elektronen zwei Subschalen fĂŒllen und halb fĂŒllen, wobei einige Elektronen in den Schalen mit höherer Energie liegen.

FĂŒllen von Elektronenschalen und Subschalen

Die Elektronen um einen Atomkern haben diskrete Energieniveaus, die Schalen genannt werden. Das niedrigste Energieniveau ist dem Kern am nĂ€chsten und es hat nur Platz fĂŒr zwei Elektronen in einer Schale, die s-Schale genannt wird. Die nĂ€chste Schale hat Platz fĂŒr acht Elektronen in zwei Subschalen, den S- und den P-Subschalen. Die dritte Schale hat Platz fĂŒr 18 Elektronen in drei Subschalen, den Subschalen s, p und d. Die vierte Shell hat vier Subshells, die die f-Subshell hinzufĂŒgen. Die beschrifteten Subschalen haben immer Platz fĂŒr die gleiche Anzahl von Elektronen: zwei fĂŒr die s Subshell, sechs fĂŒr p, 10 fĂŒr d und 14 fĂŒr 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-HĂŒlle, wĂ€hrend Sauerstoff mit acht Elektronen zwei in der 1s-Schale, zwei in der 2s-Unterschale und vier in der 2p-Unterschale hat. Die Subshells fĂŒllen sich in der Reihenfolge ihrer Zahlen und Buchstaben bis zur dritten Shell.

Die 3s und 3p Subshells fĂŒllen sich mit zwei und sechs Elektronen, aber die nĂ€chsten 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 fĂŒllt sich daher zuerst. Obwohl die Zahlen außerhalb der Reihenfolge liegen, respektieren sie das Aufbau-Prinzip, da sich die Elektronen-Unterschalen entsprechend ihren Energieniveaus auffĂŒllen.

Wie funktionieren die Ausnahmen?

Das Aufbau-Prinzip gilt fĂŒr fast alle Elemente, insbesondere innerhalb der unteren Ordnungszahlen. Ausnahmen basieren auf der Tatsache, dass halbvolle oder vollstĂ€ndige Schalen oder Unterschalen stabiler sind als teilweise gefĂŒllte. Wenn der Unterschied in den Energieniveaus zwischen zwei Unterschalen klein ist, kann ein Elektron auf die Schale der höheren Ebene ĂŒbertragen werden, um sie zu fĂŒllen oder halb zu fĂŒllen. Das Elektron besetzt die HĂŒlle mit dem höheren 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 wĂŒrden. FĂŒr einige Elemente Ă€ndert sich die normale Reihenfolge der Energieniveaus wegen der vollen oder halbvollen Subshells. FĂŒr Elemente mit höherer Ordnungszahl werden die Unterschiede in den Energieniveaus sehr klein, und die Änderung aufgrund des FĂŒllens einer Unterschale ist hĂ€ufiger als bei niedrigeren Ordnungszahlen. Zum Beispiel sind Ruthenium, Rhodium, Silber und Platin alle Ausnahmen des Aufbau-Prinzips wegen gefĂŒllter oder halbgefĂŒllter Subschalen.

In den niedrigeren Ordnungszahlen ist der Unterschied in den Energieniveaus fĂŒr die normale Sequenz der ElektronenhĂŒllen grĂ¶ĂŸer und Ausnahmen sind nicht so ĂŒblich. 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 fĂŒllen sie die Energieniveaus mit zwei in 1, zwei in 2, sechs in 2p, zwei in 3s und sechs in 3p fĂŒr 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 fĂŒr 10 Elektronen bietet, nimmt die 3d-Subshell stattdessen fĂŒnf der sechs verfĂŒgbaren Elektronen und lĂ€sst eins fĂŒr die 4s-Subshell ĂŒbrig. 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 ĂŒbrig. 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 fĂŒllen. Das Aufbau-Prinzip funktioniert fast immer, Ausnahmen treten jedoch auf, wenn Subshells halb voll oder voll sind.

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