Принцип Ауфбау и правило Хунда

Чтобы определить конфигурацию электрона для любого конкретного атома, мы можем построить структуры в порядке атомных чисел. Начиная с водорода и продолжая в периоды периодической таблицы, мы добавляем один протон за раз к ядру и один электрон к соответствующей подоболочке до тех пор, пока не будем описаны электронные конфигурации всех элементов. Эта процедура называется принципом ауфбау, от немецкого слова ауфбау (“наращивать”). Каждый дополнительный электрон занимает подоболочку наименьшей доступной энергии, при условии ограничений, налагаемых разрешенными квантовыми числами в соответствии с принципом исключения Паули. Электроны попадают в подоболочки с более высокой энергией только после того, как подоболочки с более низкой энергией заполняются до емкости. На рисунке 1 показан традиционный способ запоминания порядка заполнения атомных орбиталей.  

Рисунок 1 на этой диаграмме показан порядок энергии атомных орбиталей и полезен для определения конфигурации электрона в основном состоянии.

Рассмотрите возможность написания электронной конфигурации для углерода — элемента с атомным номером шесть. Четыре электрона заполняют 1s и 2s орбит. Оставшиеся два электрона занимают2р подоболочку. Теперь у нас есть выбор: Заполнить один из 2p орбит и спарить электроны или оставить электроны непарными в двух разных, но дегенерировать, p орбитали. Орбиталь заполняется, как описано в правиле Хунда: Конфигурация с наименьшей энергией для атома с электронами в наборе дегенерирующих орбиталей состоит в том, что имеет максимальное количество неспаренных электронов. Таким образом, два электрона в углеродных 2p орбиталях имеют одинаковые числа n, l и MS и отличаются своим квантовым числом мл (в соответствии с принципом исключения Паули). Орбитальная диаграмма для углерода с электронной конфигурацией 1s²2s²1p² is: 

Азот (атомный номер 7) заполняет1s и2s подоболочки и имеет по одному электрону в каждой из трех 2p орбиталей, в соответствии с правилом Хунда. Эти три электрона имеют неспаренные спины. Кислород (атомный номер 8) имеет пару электронов в любом из 2p орбиталей (электроны имеют противоположные спины) и один электрон в каждом из двух других. Фтор (атомный номер 9) имеет только одну орбиту 2p, содержащую неспаренный электрон. Все электроны в Noble Gas NEON (атомный номер 10) сопряжены, и все орбита в n = 1 и n = 2 оболочек заполнены.  

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 6.4: Электронная структура атомов.