7.14 : Das Aufbauprinzip und die Hundschen Regeln

Erinnern wir uns, dass Atomorbitale unterschiedliche Energien haben und jeweils zwei Elektronen aufnehmen können. Das Aufbauprinzip diktiert die Verteilung von Elektronen zwischen den Unterschalen des Atoms, und die Hundsche Regel der maximalen Multiplizität erklärt die Füllung der Orbitale in den Unterschalen. Das Aufbauprinzip besagt, dass im Grundzustand, Elektronen Atomorbitale von der niedrigsten bis zur höchsten Energie auffüllen, um die energiesparendste Konfiguration zu erreichen.

Obwohl die Energie im Allgemeinen mit der Anzahl der Schalen zunimmt, die stärkere Durchdringung der s-Orbitale führt oft dazu, dass die 4s-und 5s-Orbitale geringere Energien haben als die 3d und 4d Orbitale. Die Reihenfolge lässt sich anhand von Diagrammen merken wie hier, wo der Weg des Pfeils die Reihenfolge zeigt, in der die Elektronen den Orbitalen zugeordnet sind. Erwägen Sie, die Elektronenkonfiguration für Kohlenstoff zu schreiben ein Element mit der Ordnungszahl sechs.

Gewiss, das 1s Orbital, das die geringste Energie hat, sollte vor dem 2s Orbital gefüllt werden. Jedes Orbital kann maximal zwei Elektronen aufnehmen. Das fünfte Elektron tritt in eine 2p Unterschale ein.

Aber welches der drei 2p Orbitale füllt es auf? Nun gut! Die Orbitale in jeder Unterschale werden als verflacht, angenommen, was bedeutet, dass sie die gleiche Energie haben.

So kann das fünfte Elektron in jedes der drei 2p Orbitale besetzen. Was ist mit dem sechsten Elektron? Tritt es mit einem Elektron in das 2p Orbital ein oder in eines der freien 2p-Orbitale?

Nach der Hundschen Regel der maximalen Multiplizität, besetzen Elektronen einzeln alle Orbitale eines gegebenen Energieniveaus, bevor sie beginnen, sich zu paaren, und die ungepaarten Elektronen können keine entgegengesetzten Spins haben:ihre Spins müssen parallel sein. Daher, im Kohlenstoff müssen die zwei 2p Elektronen zwei verschiedene Orbitale besetzen und parallele Spins haben. Auf diese Weise können sich die Elektronen über eine größere Fläche ausbreiten.

Dies verringert ihre gegenseitige Abschirmung, wodurch die Energie des Atoms minimiert wird. Beim Stickstoff ist jedes der drei 2p Orbitale einzeln besetzt. Beim Sauerstoff, sobald die 2p Orbitale einzeln gefüllt sind, muss das letzte Elektron sich mit einem weiteren 2p-Elektron paaren.

Das Atom hat zwei ungepaarte Elektronen. Die Elektronenkonfiguration von Neon zeigt, dass die äußerste Schale bis zu ihrer maximalen Kapazität von acht Elektronen gefüllt ist. Neon hat zwei Elektronen, Kernelektronen genannt, in der inneren Schale und acht Elektronen, die Valenzelektronen, die die äußerste Schale besetzen.