쌓음 원리 (Aufbau principle)
쉽게 풀면
바닥 상태의 원자에서 전자가 어디에 들어가는지를 정하는 가장 기본적인 규칙입니다. 전자는 에너지가 낮은 방부터 채워지므로 1s, 2s, 2p 순서로 들어갑니다. 다만 4s가 3d보다 먼저 채워지는 것처럼 주양자수만으로는 순서를 알 수 없는 구간이 있어, 주양자수와 부양자수의 합을 기준으로 삼는 요령이 함께 쓰입니다. 파울리 배타 원리와 훈트의 규칙을 함께 적용해야 비로소 배치가 완성됩니다.
왜 중요한가
원소의 전자 배치가 주기율표의 구조와 어떻게 대응하는지를 설명해 주므로, 주기적 성질을 이해하는 출발점이 됩니다. 이온의 전자 배치나 전이금속의 산화 상태를 논할 때도 기준 배치를 정하는 근거로 쓰입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
규칙과 그 예외를 함께 다루는 전형적인 서술 방식입니다.
이온의 배치를 다룰 때 채움 순서와 제거 순서가 다르다는 점을 보여 줍니다.
조금 더 깊게 보면
채움 순서는 오비탈의 에너지가 핵전하와 전자 간 반발에 따라 달라지기 때문에 원소마다 조금씩 변합니다. 그래서 크로뮴과 구리처럼 절반 채움이나 완전 채움이 주는 안정화가 더 큰 경우 예상 배치에서 벗어나는 예외가 나타납니다. 또한 중성 원자에서는 4s가 3d보다 낮지만, 전자가 채워진 뒤에는 3d가 더 낮아져 이온화할 때 4s 전자가 먼저 빠져나갑니다. 이런 미묘한 역전은 유효핵전하와 전자 간 반발의 균형으로 설명됩니다.
주의할 점
쌓음 원리는 어디까지나 바닥 상태 배치를 예측하는 근사 규칙이며, 예외가 적지 않습니다. 또한 전자를 채우는 순서와 이온에서 전자를 빼는 순서가 다르다는 점을 혼동하면 전이금속의 산화 상태를 잘못 다루게 됩니다.