Výjimky z principu Aufbau?

Aufbauův princip je poměrně heuristický přístup k „plnění“ atomových orbitalů založený na „atomových orbitálech s nejnižší energií bude obsluhováno jako první“ a Pauliho vylučovacím principu (mírně podrobnější verze také využívá Hundova pravidla). Předpokládá také minimální interakci mezi atomové orbitaly. Na základě těchto předpokladů a vzhledem k tomu, jak volně jsou definovány, je tento princip pozoruhodně úspěšný.

Některé výjimky se vyskytují ve skupině prvků Lanthanide (aka „Rare Earths“, aka first $ \ mathrm {f} $ block group). Ty by měly mít elektronovou konfiguraci:

$$ [\ mathrm {Xe}] 4f ^ n6s ^ 2 $$

Ale kvůli energetické podobnosti mezi $ 4f $ a $ 5 d $ orbitaly, tedy „výjimky“. Lanthan (symbol $ \ mathrm {La} $, $ Z = 57 $) je jedním z nich. Jeho elektronová konfigurace je:

$$ [\ mathrm {Xe}] 5d ^ 16s ^ 2 $$

Ale tyto výjimky obecně nemají vážné důsledky: navzdory „anomáliím“ „Lanthanoidy stále vykazují oxidační stav $ \ mathrm {+3} $ ve většině svých chemických sloučenin.

Princip Aufbau spočívá v tom, že se nejprve naplní nižší energetická hladina a většina věcí v přírodě preferuje nižší energii. Logickým vysvětlením tedy musí být to, že jak se vnější úroveň d-shellu (nebo f-shellu) plní, stávající vnější energetické úrovně jsou vzájemně posunuty, takže „neočekávaná“ konfigurace má celkově nižší energetickou hladinu. Princip Aufbau je tedy stále dodržován, vnější energetické úrovně (a možná i více) nejsou vzájemně fixovány a takže „krásný“ systém číslování / písma, který je patrný v prvních prvcích, již není dodržován!