El principio de Aufbau plantea que los electrones del átomo llenan primero las órbitas más bajas y luego las más altas.
Para el átomo de hidrógeno es bastante simple la explicación: un electrón orbita alrededor de un núcleo que consiste en un solo protón. El principio de Aufbau que en alemán significa construcción o montaje; nos ayuda a entender cómo cambia la estructura atómica a medida que pasamos del átomo de hidrógeno más simple a átomos cada vez más complejos. Proviene de 2 suposiciones: de la mecánica cuántica, que explica cómo funcionan las órbitas de los electrones alrededor del núcleo; y del principio de la prohibición de Pauli, según la cual 2 electrones no pueden estar en el mismo estado. De ello se deduce que el número de electrones que se pueden colocar en una órbita de electrones de un átomo es limitado.
El principio de Aufbau funciona algo como esto: imaginemos que creamos estructuras atómicas empezando por el hidrógeno; añadimos un protón y un número apropiado de neutrones al núcleo con el tiempo, recibiendo átomos más grandes. Cada vez que añadimos un protón cargado positivamente al núcleo, necesitamos añadir un electrón adicional. A medida que pasamos de pequeños átomos a espacios libres más grandes las órbitas se llenan de electrones; y se ve obligado a colocarse el siguiente electrón en la primera posición en la siguiente órbita disponible. El principio de Aufbau también explica la regularidad de las propiedades químicas de los elementos.
Explicación del principio Aufbau
El principio Aufbau deriva directamente del principio de prohibición pauli de que 2 electrones en un átomo no pueden estar en la misma condición; aunque este vínculo no siempre ha sido obvio. Es decir, los electrones en órbitas atómicas recuerdan un poco a los coches en el estacionamiento; lo cual si el lugar ya está ocupado, es necesario encontrar otro lugar disponible. Del mismo modo, cuando construimos un átomo complejo; si los lugares en las órbitas inferiores ya están ocupados, los electrones sólo pueden tener lugar en una órbita superior. Para entender cómo funciona el principio de Aufbau, una cosa más que necesita saber es que los electrones tienen un giro. Imagina que los electrones giran alrededor de su eje justo cuando la Tierra orbita un eje que pasa a través de sus polos.
En este caso, los electrones a menudo forman pares; obteniendo como resultado uno girando en el sentido de las agujas del reloj, el otro girando en sentido inverso.En el siguiente nivel de complejidad después del átomo de hidrógeno hay un átomo de helio; que en condiciones normales tiene en el núcleo 2 protones y 2 neutrones. Este segundo electrón que tenemos que añadir para conseguir un átomo de helio, podemos poner en el mismo orbital que el primero; para esto sólo tenemos que darle el giro opuesto y los 2 electrones serán emparejados.
Por lo tanto, según el principio de Aufbau, ambos electrones en el átomo de helio están en el orbital más abajo disponible; pero tienen sentidos de órbitas opuestas la cual fue probada experimentalmente. El litio, tiene 3 protones en su núcleo y por lo general 4 neutrones; lo que significa que debe haber 3 electrones en su átomo. Sin embargo, en su parte orbital inferior ya está llena; por lo que el electrón adicional debe tomar el lugar en un siguiente nivel de órbita. Tomando de ejemplo el berilio con 4 protones un electrón adicional se emparejará con un tercer electrón; el mismo que participó en la formación de litio. Podemos seguir llenando la segunda órbita, donde hay espacio para 4 pares de electrones.
Un elemento con 10 electrones, 2 en el nivel más bajo y 8 en el siguiente nivel es el neón. Un átomo con un electrón a este nivel es de sodio, y cuando se llena el nivel, obtenemos un átomo de argón. Después de eso, de acuerdo con las disposiciones de la mecánica cuántica, los orbitales se vuelven algo más difíciles a partir del tercer orbital; por ejemplo, se pueden localizar nueve pares de electrones, y en el cuarto y en niveles más altos aún más. Sin embargo, todavía se está aplicando el mismo principio básico. Cada orbital tiene espacio sólo para un cierto número de pares de electrones; y una vez que se llena el nivel, el principio de Aufbau nos dice que pasemos al siguiente.
