构造原理

aufbau 原理 /ˈaʊfbaʊ/，来自德语 Aufbauprinzip（构建原理），也称为 aufbau 规则，指出在原子或离子的基态下，电子填充最低可用能量的子壳，然后它们填充 更高的能量。 例如，在 2s 子壳被占用之前填充 1s 子壳。 以这种方式，原子或离子的电子形成可能的最稳定的电子构型。 一个例子是磷原子的构型 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3，这意味着 1s 子壳层有 2 个电子，依此类推。

电子行为由其他原子物理学原理阐述，例如洪德规则和泡利不相容原理。 洪德定律断言，如果有多个相同能量的轨道可用，电子将单独占据不同的轨道，并且在任何电子被双重占据之前具有相同的自旋。 如果确实发生双重占据，泡利不相容原理要求占据相同轨道的电子必须具有不同的自旋（+1⁄2 和 −1⁄2）。

从一种元素传递到下一个更高原子序数的另一种元素，每次向中性原子添加一个质子和一个电子。任何壳层中的xxx电子数为 2n2，其中 n 是主量子数。xxx数量的 子壳层（s、p、d 或 f）中的电子等于 2(2l + 1)，其中 l 是方位角量子数。 因此，这些子壳最多可以分别有 2、6、10 和 14 个电子。 在基态下，可以通过将电子放置在最低的可用子壳中来建立电子配置，直到添加的电子总数等于原子序数。 因此，子壳按能量增加的顺序填充，使用两个一般规则来帮助预测电子配置：

• 电子按照 n + l 值递增的顺序分配给子壳层。
• 对于具有相同 n + l 值的子壳层，电子首先分配给 n 较小的子壳层。

称为核壳模型的 aufbau 原理的一个版本用于预测原子核中质子和中子的配置。

在中性原子中，填充子壳层的大致顺序由 n + l 规则给出，也称为：

• 马德隆规则（在欧文马德隆之后）
• Janet 规则（在 Charles Janet 之后）
• Klechkowsky 规则（在 Vsevolod Klechkovsky 之后）
• Wiswesser 的规则（在 William Wiswesser 之后）
• aufbau 近似值
• Uncle Wiggly 路径或
• 对角线规则

这里n代表主量子数，l代表方位角量子数； 值 l = 0、1、2、3 分别对应于 s、p、d 和 f 子壳层。 此规则的子 shell 顺序为 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 8s, 5g, . .. 例如钛 (Z = 22) 具有基态配置 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2。

其他作者总是按照 n 递增的顺序编写子 shell，例如 Ti (Z = 22) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2。 这可以称为离开顺序，因为如果这个原子被电离，电子大约以 4s、3d、3p、3s 等顺序离开。

对于给定的中性原子，这两个符号是等价的，因为只有子壳占据具有物理意义。

n + l 值较低的子壳在 n + l 值较高的子壳之前被填充。 在 n + l 值相等的情况下，首先填充 n 值较小的子壳。 一般来说，具有相同 n + l 值的子壳具有相似的能量，但 s 轨道（l = 0）是例外的：它们的能级明显远离其 n + l 组的能级而更接近于 下 n + l 组。 这就是为什么通常绘制元素周期表以 s 区元素开头的原因。

马德隆能量排序规则仅适用于处于基态的中性原子。 有 20 个元素（d 块中有 11 个，f 块中有 9 个）fo。