Uitzonderingen op het Aufbau-principe?

Het Aufbau-principe is een redelijk heuristische benadering voor het “vullen” van atoomorbitalen op basis van “atoomorbitalen met de laagste energie wordt het eerst bediend” en het Pauli-uitsluitingsprincipe (een iets meer gedetailleerde versie maakt ook gebruik van Hund-regels). Het veronderstelt ook minimale interactie tussen atomaire orbitalen. Op basis van deze aannames en gezien hoe losjes het is gedefinieerd, is het principe opmerkelijk succesvol.

Sommige uitzonderingen doen zich voor in de Lanthanide-groep van elementen (ook bekend als Rare Earths, ook wel first $ \ mathrm {f} $ block group). Deze moeten de elektronenconfiguratie hebben:

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

Maar vanwege de energieovereenkomst tussen de $ 4f $ en $ 5 d $ orbitalen, “uitzonderingen” ontstaan dus. Lanthaan (symbool $ \ mathrm {La} $, $ Z = 57 $) is er een van. De elektronenconfiguratie is:

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

Maar deze uitzonderingen hebben over het algemeen geen ernstige gevolgen: ondanks de “anomalieën “de lanthaniden vertonen nog steeds de $ \ mathrm {+3} $ oxidatietoestand in de meeste van hun chemische verbindingen.

Bij het Aufbau-principe gaat het erom eerst lagere energieniveaus te vullen, en de meeste dingen in de natuur hebben een voorkeur voor lagere energie. De logische verklaring moet dus zijn dat naarmate het buitenste d-schaal (of f-schaal) niveau vult, het bestaande buitenste energieniveaus worden ten opzichte van elkaar verschoven, zodat de onverwachte configuratie over het algemeen het lagere energieniveau heeft. Dus het Aufbau-principe wordt nog steeds nageleefd, de buitenste schil (en misschien meer) energieniveaus zijn niet ten opzichte van elkaar gefixeerd, en dus het “mooie” nummering / lettersysteem dat duidelijk is in de vroege elementen wordt niet langer nageleefd!