Aufbau கொள்கை — ஓர் அணுவில் இலத்திரன்கள் நிரப்பப்படும்போது முதலில் குறைந்த சக்தியுடைய ஓபிற்றல்களிலேயே நிரப்பப்பட வேண்டும், பின்னரே படிப்படியாகச் சக்தி கூடிய ஓபிற்றல்களுக்குச் செல்ல வேண்டும். பௌலியின் தவிர்க்கைக் கோட்பாடு — ஓர் ஓபிற்றலில் அதிகபட்சம் இரண்டு இலத்திரன்கள் மட்டுமே, அதுவும் கட்டாயமாக எதிரெதிர் சுழற்சிகளுடன் காணப்பட முடியும். Hund இன் விதி — சமசக்தியுடைய ஓபிற்றல்களில் (உ-ம். மூன்று p ஓபிற்றல்கள்) இலத்திரன்கள் முதலில் ஒவ்வொன்றிலும் தனித்தனியாக, சமாந்தரமான சுழற்சியுடன் நிரப்பப்பட வேண்டும் — அரை-நிரம்பல் நிலையை அடைந்த பின்னரே சோடியாக்கப்பட வேண்டும், ஏனெனில் தனித்தனி பரவல் மறை ஏற்றங்களுக்கிடையிலான தள்ளுகை விசையைக் குறைக்கின்றது.
மாணவர்கள் விடும் மிகப் பொதுவான தவறு, "3d ஓபிற்றலானது 4s இற்கு முன்னால் வருகின்றது, ஏனெனில் பிரதான சக்தி மட்டம் 3 ஆனது 4 ஐ விடச் சிறியது" என நினைப்பதாகும். இது முற்றிலும் தவறு. ஓபிற்றல்களின் சக்தியானது n+ℓ விதியினால் (Madelung rule) தீர்மானிக்கப்படுகின்றது. 4s இற்கு n+ℓ = 4+0 = 4; 3d இற்கு n+ℓ = 3+2 = 5. குறைந்த (n+ℓ) கொண்டதே முதலில் நிரப்பப்படும் — எனவே 4s முதலிலும் 3d அதன் பின்னரும் நிரப்பப்படுகின்றன. நிரப்பல் வரிசை: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d …
உதாரணமாக, சோடியம் (Na, Z=11): 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. இரும்பு (Fe, Z=26): [Ar] 4s² 3d⁶. ஆர்செனிக் (As, Z=33): [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p³. ஒவ்வொரு ஓபிற்றலையும் ஒரு சதுரப் பெட்டியாகக் கருதி இலத்திரன்களை அம்புக்குறிகளால் காட்டுவது ஓபிற்றல் பெட்டி வரிப்படம் — இதில் பௌலியின் கோட்பாடும் Hund இன் விதியும் தெளிவாகப் பிரயோகிக்கப்படும்.
நேர்-அயன் உருவாக்கத்தின் போது, எந்த ஓபிற்றல் அதிக n பெறுமானத்தைக் கொண்டு கருவுக்கு வெளியே தொலைவில் உள்ளதோ அங்கிருந்தே முதலில் இலத்திரன்கள் அகற்றப்பட வேண்டும். இரும்பு (Fe, [Ar]4s²3d⁶) Fe²⁺ ஆகும்போது 4s இலிருந்தே இரு இலத்திரன்களும் முதலில் அகற்றப்படும், 3d இலிருந்து அல்ல — Fe²⁺ = [Ar] 3d⁶.
தர்க்கம்: இலத்திரன்கள் நிரப்பப்படுவதற்கு முன் (வெறுமையாக இருக்கும்போது) 4s இன் சக்தி 3d ஐ விடக் குறைவு (4s<3d). ஆனால் இலத்திரன்கள் நிரம்பி கருவின் நிலைமின் கவர்ச்சி அதிகரிக்கப்படும்போது திரையிடல் விளைவுகளால் 3d ஓபிற்றல் 4s ஐ விடக் குறைந்த சக்தி நிலைக்கு இறங்கிவிடுகின்றது (3d<4s) — எனவே கருவுடன் குறைந்த கவர்ச்சியைக் கொண்ட, ஒப்பீட்டளவில் அதிக சக்தியுடைய 4s இலிருந்தே இலத்திரன்கள் இலகுவாக வெளியேற்றப்படுகின்றன.
Aufbau தத்துவப்படி குரோமியம் (Cr, Z=24), செப்பு (Cu, Z=29) முறையே [Ar]4s²3d⁴ எனவும் [Ar]4s²3d⁹ எனவும் அமைய வேண்டும் என எதிர்பார்ப்போம். ஆனால் உண்மையில் Cr = [Ar]4s¹3d⁵ (6 தனித்த இலத்திரன்கள்), Cu = [Ar]4s¹3d¹⁰ (d முழு-நிரம்பல்).
இதற்கு இரு காரணிகள்: பரிமாற்றச் சக்தி (Exchange Energy) — சமசக்தி ஓபிற்றல்களில் சமாந்தர சுழற்சியுடன் காணப்படும் இலத்திரன்கள் இடங்களை மாற்றிக்கொள்ளும்போது சக்தி வெளியேறும். Cr இன் d⁵ நிலையில் 5 தனித்த இலத்திரன்கள் இருப்பதால் சாத்தியமான பரிமாற்றச் சோடிகள் (5×4)/2=10; எதிர்பார்க்கப்பட்ட d⁴ நிலையில் (4×3)/2=6 மட்டுமே. இந்த 4 மேலதிக பரிமாற்றங்களால் கிடைக்கும் சக்தி இழப்பு, 4s இலிருந்து 3d இற்கு இலத்திரன் பாய்வதற்குத் தேவையான சக்தியை விட மிக அதிகம். சமச்சீர் விநியோகம் — d⁵, d¹⁰ ஆகிய நிலைகள் இலத்திரன்களைச் சமச்சீராகப் பரவச் செய்து, இலத்திரன்-இலத்திரன் தள்ளுகை விசைகளை இழிவாக்கி கூடுதல் உறுதித்தன்மையைத் தருகின்றன.
ஓர் அணு அல்லது அயனில் சோடியாக்கப்படாத தனித்த இலத்திரன்கள் இருந்தால், அவற்றின் தற்சுழற்சியால் தேறிய காந்தப்புலம் உருவாகி, அது புறக் காந்தப்புலத்தால் ஈர்க்கப்படும் — இது பராகாந்த இயல்பு (paramagnetic). அனைத்து இலத்திரன்களும் சோடியாக்கப்பட்டிருந்தால் தேறிய காந்தப்புலம் பூச்சியமாகி, காந்தப்புலத்தால் ஈர்க்கப்படாது — இது தயாகாந்த இயல்பு (diamagnetic).
| அயன் | நிலையமைப்பு | தனித்த e⁻ | காந்த இயல்பு |
|---|---|---|---|
| Fe³⁺ | [Ar]3d⁵ | 5 | பராகாந்தம் |
| Fe²⁺ | [Ar]3d⁶ | 4 | பராகாந்தம் |
| Cu²⁺ | [Ar]3d⁹ | 1 | பராகாந்தம் |
| Cu⁺ | [Ar]3d¹⁰ | 0 | தயாகாந்தம் |
| Zn²⁺ | [Ar]3d¹⁰ | 0 | தயாகாந்தம் |