Aufbau İlkesi ve Hund Kuralı

Herhangi bir atomun elektron konfigürasyonunu belirlemek için, yapıları atom numarası sırasına göre inşa edebiliriz. Hidrojen ile başlayıp periyodik tablonun periyotları boyunca devam ederek, tüm elementlerin elektron konfigürasyonlarını tanımlayana kadar çekirdeğe her seferinde bir proton ve uygun alt kabuğa bir elektron ekliyoruz. Bu prosedür, Almanca aufbau (“inşa etmek”) kelimesinden gelen aufbau ilkesi olarak adlandırılır. Eklenen her elektron, Pauli dışarlama ilkesine göre izin verilen kuantum sayılarının getirdiği sınırlamalara tabi olarak, mevcut en düşük enerjinin alt kabuğunu kaplar. Elektronlar daha yüksek enerjili alt kabuklara ancak daha düşük enerjili alt kabukların kapasiteleri doldurulduktan sonra girer. Şekil 1, atomik orbitaller için doldurma sırasını hatırlamanın geleneksel yolunu göstermektedir. 

Şekil 1 Bu diyagram, atomik orbitaller için enerji sırasını tasvir etmektedir ve temel-durum elektron konfigürasyonlarının türetilmesi için kullanışlıdır.

Atom numarası altı olan bir element olan karbon için elektron konfigürasyonunu yazmayı düşünün. Dört elektron 1s ve 2s orbitallerini doldurur. Kalan iki elektron, 2p alt kabuğunu işgal eder. Şimdi 2p orbitallerinden birini doldurma ve elektronları eşleştirme veya elektronları iki farklı, ancak dejenere p orbitalinde eşleşmemiş halde bırakma seçeneğimiz var. Orbitaller, Hund kuralına göre doldurulur: bir dejenere orbital kümesi içinde elektronlara sahip bir atom için en düşük enerjili konfigürasyon, maksimum sayıda eşleşmemiş elektrona sahip olandır. Bu nedenle, karbon 2p orbitallerindeki iki elektron aynı n, l ve ms kuantum numaralarına sahiptir ve m_l kuantum sayılarında farklılık gösterir (Pauli dışarlama ilkesine göre). 1s²2s²1p² elektron konfigürasyonuna sahip karbon orbital diyagramı şöyledir: 

Nitrojen (atom numarası 7) 1s ve 2s alt kabuklarını doldurur ve Hund kuralına göre üç 2p orbitalinin her birinde bir elektrona sahiptir. Bu üç elektronun eşleşmemiş spinleri var. Oksijen (atom numarası 8), 2p orbitallerinin herhangi birinde bir çift elektrona (elektronlar zıt spinlere sahiptir) ve diğer ikisinin her birinde tek bir elektrona sahiptir. Flor (atom numarası 9), eşleşmemiş bir elektron içeren yalnızca bir 2p orbitaline sahiptir. Soy gaz neondaki (atom numarası 10) tüm elektronlar eşleşmiştir ve n = 1 ve n = 2 kabuklarındaki tüm orbitaller doludur. 

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 6.4: Electronic Structure of Atoms.