Aufbauprinzipien

Aufbauprinzipien bezeichnen eine Gruppe von Regeln zur Bestimmung der Elektronenkonfiguration von Atomen und Ionen im Grundzustand. Zentrale Annahme ist, dass Elektronen die Orbitale nach dem energisch niedrigsten verfügbaren Zustand füllen, wobei Wechselwirkungen zwischen Elektronen berücksichtigt werden.

Das grundlegende Prinzip ist das Aufbauprinzip, das die Besetzung der Orbitale gemäß ihrer Energie anordnet. In der Praxis folgt die Ausfüllung oft der Madelung- oder n+l-Regel: Orbitale mit geringerem Wert von n + l und bei gleichen Werten mit niedrigerem n werden zuerst besetzt. Die typische Folge lautet 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, wobei Ausnahmen auftreten, insbesondere in Übergangsmetallen.

Zusätzliche Prinzipien ergänzen das Bild: das Pauli-Ausschlussprinzip setzt fest, dass jedes Orbital maximal zwei Elektronen mit antiparallelen Spins aufnehmen kann, und die Hundsche Regel besagt, dass Elektronen in äquivalenten Orbitalen zunächst einzeln mit parallel ausgerichtetem Spin gepaart werden, bevor gepaart wird.

Praktische Anwendungen liegen in der Vorhersage von Elektronenkonfigurationen, chemischen Eigenschaften und Blockzuordnungen. Die Prinzipien sind idealisierte Modelle; bei schweren Atomen relativistische Effekte, Elektronenkorrelationskräfte und Ausnahmen führen zu Abweichungen von der einfachen Reihenfolge.