Aufbau betekent "opbouwen" in het Duits, en het Aufbau-principe stelt dat elektronen elektronenschillen vullen rond atomen volgens het energieniveau. Dit betekent dat elektronenschillen en subschalen rond atomen van binnen naar buiten worden gevuld, behalve in sommige gevallen waarin een buitenste schil een laag energieniveau heeft en zich gedeeltelijk vult voordat een binnenste schaal vol is.

TL; DR ( Te lang; niet gelezen)

Uitzonderingen op het Aufbau-principe zijn gebaseerd op het feit dat een paar atomen stabieler zijn wanneer hun elektronen een elektronenschil of subschaal vullen of half vullen. Volgens het Aufbau-principe moeten deze elektronen altijd schalen en subschalen vullen in overeenstemming met toenemende energieniveaus. Elementen zoals koper en chroom zijn uitzonderingen omdat hun elektronen twee subschalen vullen en half vullen, met enkele elektronen in de hogere energieniveauschalen.
Elektronenschalen en subschalen vullen

De elektronen rond een atoomkern hebben afzonderlijke energieniveaus die shells worden genoemd. Het laagste energieniveau ligt het dichtst bij de kern en er is ruimte voor slechts twee elektronen in een schaal die de s-schaal wordt genoemd. De volgende schaal heeft ruimte voor acht elektronen in twee subschalen, de s- en de p-subschalen. De derde schaal heeft ruimte voor 18 elektronen in drie subschalen, de s, p en d subschalen. De vierde shell heeft vier subschalen, waarbij de f-subschaal wordt toegevoegd. De lettersubshells hebben altijd ruimte voor hetzelfde aantal elektronen: twee voor de s-subshell, zes voor p, 10 voor d en 14 voor f.

Om een subshell te identificeren, krijgt deze het nummer van de hoofdschaal shell en de letter van de subschaal. Bijvoorbeeld, waterstof heeft zijn enige elektron in de 1s schaal terwijl zuurstof, met acht elektronen, twee in de 1s schaal heeft, twee in de 2s subschaal en vier in de 2p subschaal. De subschalen vullen zich in de volgorde van hun cijfers en letters tot de derde schaal.

De 3s en 3p subschalen vullen zich met twee en zes elektronen, maar de volgende elektronen gaan in de 4s-subschaal, niet de 3d subshell zoals verwacht. De 4s-subshell heeft een lager energieniveau dan de 3d-subshell en vult daarom als eerste. Hoewel de getallen niet in volgorde zijn, respecteren ze het Aufbau-principe omdat de elektronensubshells vollopen volgens hun energieniveaus.
Hoe de uitzonderingen werken

Het Aufbau-principe geldt voor bijna alle elementen, vooral binnen de lagere atoomnummers. Uitzonderingen zijn gebaseerd op het feit dat halfvolle of volle schalen of subschalen stabieler zijn dan gedeeltelijk gevulde schalen. Wanneer het verschil in energieniveaus tussen twee subschalen klein is, kan een elektron naar de hogere schaal overgaan om het te vullen of half te vullen. Het elektron bezet de hogere schaal van het energieniveau in strijd met het Aufbau-principe omdat het atoom op die manier stabieler is.

Volledige of halfvolle subschalen zijn zeer stabiel en hebben een lager energieniveau dan ze anders zouden hebben. Voor een paar elementen wordt de normale volgorde van energieniveaus gewijzigd vanwege volledige of halfvolle subschalen. Voor elementen met een hoger atoomnummer worden de verschillen in energieniveaus erg klein en komt de verandering door het vullen van een subschaal vaker voor dan bij lagere atoomnummers. Ruthenium, rhodium, zilver en platina zijn bijvoorbeeld allemaal uitzonderingen op het Aufbau-principe vanwege gevulde of halfgevulde subschalen.

In de lagere atoomnummers is het verschil in energieniveaus voor de normale volgorde van elektronenschillen is groter en uitzonderingen zijn niet zo gebruikelijk. In de eerste 30 elementen zijn alleen koper, atoomnummer 24 en chroom, atoomnummer 29, uitzonderingen op het Aufbau-principe.

Van koper's totaal van 24 elektronen vullen ze de energieniveaus met twee in 1's , twee in 2s, zes in 2p, twee in 3s en zes in 3p voor een totaal van 18 in de lagere niveaus. De resterende zes elektronen moeten in de 4s en 3d subshells gaan, met twee in 4s en vier in 3d. Omdat de d-subshell ruimte biedt voor 10 elektronen, neemt de 3d-subshell in plaats daarvan vijf van de zes beschikbare elektronen en laat er één over voor de 4s-subshell. Nu zijn zowel de 4s als 3d subshells halfvol, een stabiele configuratie maar een uitzondering op het Aufbau-principe.

Evenzo heeft chroom 29 elektronen met 18 in de onderste schalen en 11 over. Volgens het Aufbau-principe moeten er twee in 4s en negen in 3d gaan. Maar 3d kan 10 elektronen bevatten, dus slechts één gaat in 4s om het halfvol te maken en 10 gaat in 5d om het te vullen. Het Aufbau-principe werkt bijna altijd, maar er zijn uitzonderingen wanneer subschalen halfvol of vol zijn.