REGUŁA HUNDA LUB ZASADA MAKSYMALNEJ LICZEBNOŚCI - CHEMIA - 2026

Hund „s zasada maksymalnej krotności lub zasady ustalonej empirycznie, jak zajmują elektrony orbitalne przerodzić energii. Zasada ta, jak sama nazwa wskazuje, pochodzi od niemieckiego fizyka Friedricha Hunda w 1927 roku i od tego czasu jest bardzo przydatna w chemii kwantowej i spektroskopowej.

W rzeczywistości istnieją trzy reguły Hunda stosowane w chemii kwantowej; jednak pierwszy z nich jest najprostszy do podstawowego zrozumienia, jak elektronicznie zbudować atom.

Źródło: Gabriel Bolívar

Pierwsza zasada Hunda, zasada maksymalnej różnorodności, jest niezbędna do zrozumienia elektronicznych konfiguracji elementów; ustala, jaka musi być kolejność elektronów na orbitali, aby wytworzyć atom (jon lub cząsteczkę) o większej stabilności.

Na przykład powyższy obrazek przedstawia cztery serie konfiguracji elektronów; ramki przedstawiają orbitale, a czarne strzałki reprezentują elektrony.

Pierwsza i trzecia seria odpowiadają prawidłowym sposobom ułożenia elektronów, natomiast druga i czwarta seria wskazują, jak elektrony nie powinny być umieszczane na orbitali.

Kolejność wypełniania orbity według reguły Hunda

Chociaż nie ma wzmianki o pozostałych dwóch regułach Hunda, prawidłowe wykonanie kolejności wypełnienia jest pośrednim zastosowaniem tych trzech reguł w tym samym czasie.

Co mają wspólnego pierwsza i trzecia seria orbitali na obrazie? Dlaczego mają rację? Po pierwsze, każdy orbital może „pomieścić” tylko dwa elektrony, dlatego pierwsza skrzynka jest kompletna. Dlatego wypełnienie musi być kontynuowane trzema polami lub orbitaliami po prawej stronie.

Krycie kręcone

Każde pudełko pierwszej serii ma strzałkę skierowaną w górę, która symbolizuje trzy elektrony obracające się w tym samym kierunku. Wskazanie w górę oznacza, że ​​ich obroty mają wartość +1/2, a jeśli wskażą w dół, ich obroty będą miały wartość -1/2.

Zwróć uwagę, że te trzy elektrony zajmują różne orbitale, ale z niesparowanymi spinami.

W trzeciej serii szósty elektron znajduje się ze spinem w przeciwnym kierunku, -1/2. Inaczej jest w przypadku czwartej serii, w której ten elektron wchodzi na orbital ze spinem +1/2.

I tak dwa elektrony, podobnie jak te z pierwszego orbitalu, będą miały sparowane spiny (jeden ze spinem +1/2, a drugi ze spinem -1/2).

Czwarta seria pudełek lub orbitali narusza zasadę wykluczenia Pauliego, która mówi, że żaden elektron nie może mieć tych samych czterech liczb kwantowych. Reguła Hunda i zasada wykluczenia Pauliego zawsze idą w parze.

Dlatego strzały powinny być umieszczone w taki sposób, aby nie były sparowane, dopóki nie zajmą wszystkich skrzynek; a zaraz potem kończą się strzałkami skierowanymi w przeciwnym kierunku.

Spiny równoległe i antyrównoległe

Nie wystarczy, że spiny elektronów są sparowane: muszą być również równoległe. Gwarantuje to odwzorowanie pól i strzałek poprzez umieszczenie ich końcami równolegle do siebie.

Druga seria przedstawia błąd polegający na tym, że elektron w trzecim pudełku napotyka swój spin w sensie antyrównoległym w stosunku do pozostałych.

Można więc podsumować, że stan podstawowy atomu to taki, który jest zgodny z regułami Hunda, a zatem ma najbardziej stabilną strukturę elektronową.

Podstawy teoretyczne i eksperymentalne wskazują, że gdy atom ma elektrony o większej liczbie niesparowanych i równoległych spinów, stabilizuje się w wyniku wzrostu oddziaływań elektrostatycznych między jądrem a elektronami; wzrost wynikający ze zmniejszenia efektu ekranowania.

Wielość

Słowo „wielość” zostało wspomniane na początku, ale co to oznacza w tym kontekście? Pierwsza reguła Hunda ustanawia, że ​​najbardziej stabilnym stanem podstawowym atomu jest ten, który wykazuje większą liczbę krotności spinów; innymi słowy, ten, który przedstawia swoje orbitale z największą liczbą niesparowanych elektronów.

Wzór na obliczenie krotności spinu to

2S + 1

Gdzie S jest równe liczbie niesparowanych elektronów pomnożonej przez 1/2. Zatem mając kilka struktur elektronicznych z taką samą liczbą elektronów, 2S + 1 można oszacować dla każdego z nich, a ta o największej wartości krotności będzie najbardziej stabilna.

Możesz obliczyć krotność spinu dla pierwszej serii orbitali z trzema elektronami, których spiny są niezrównane i równoległe:

S = 3 (1/2) = 3/2

A zatem wielość jest

2 (3/2) + 1 = 4

To pierwsza zasada Hunda. Najbardziej stabilna konfiguracja musi również spełniać inne parametry, ale dla celów zrozumienia chemii nie są one całkowicie konieczne.

Ćwiczenia

Fluor

Uwzględnia się tylko powłokę walencyjną, ponieważ zakłada się, że powłoka wewnętrzna jest już wypełniona elektronami. Konfiguracja elektronowa fluoru wynosi zatem 2s ² 2p ⁵ .

Najpierw należy wypełnić orbital 2s, a następnie trzy orbitale p. Aby wypełnić orbital 2s dwoma elektronami, wystarczy umieścić je w taki sposób, aby ich spiny były sparowane.

Pozostałe pięć elektronów dla trzech orbitali 2p jest ułożonych tak, jak pokazano poniżej.

Źródło: Gabriel Bolívar

Czerwona strzałka przedstawia ostatni elektron, który wypełni orbitale. Zauważ, że pierwsze trzy elektrony wchodzące na orbitale 2p są umieszczone niesparowane, a ich spiny są równoległe.

Następnie od czwartego elektronu zaczyna parować swój spin -1/2 z drugim elektronem. Piąty i ostatni elektron postępuje w ten sam sposób.

Tytan

Konfiguracja elektronowa tytanu to 3d ² 4s ² . Ponieważ istnieje pięć orbitali d, sugeruje się rozpoczęcie od lewej strony:

Źródło: Gabriel Bolívar

Tym razem pokazano wypełnienie orbitalu 4s. Ponieważ na orbitalach 3D znajdują się tylko dwa elektrony, prawie nie ma problemu ani nieporozumień podczas umieszczania ich z ich niesparowanymi i równoległymi spinami (niebieskie strzałki).

Żelazo

Kolejnym przykładem jest wreszcie żelazo, metal, który ma więcej elektronów na swoich orbitaliach niż tytan. Jego konfiguracja elektronowa to 3d ⁶ 4s ² .

Gdyby nie reguła Hunda i zasada wykluczenia Pauliego, nie wiedzielibyśmy, jak ustawić takie sześć elektronów na ich orbitaliach pięciodyskowych.

Źródło: Gabriel Bolívar

Choć może się to wydawać łatwe, bez tych zasad mogłoby powstać wiele błędnych możliwości dotyczących kolejności wypełniania orbitali.

Dzięki temu posuwanie złotej strzały jest logiczne i monotonne, co jest niczym innym jak ostatnim elektronem umieszczonym na orbitali.

Bibliografia

1. Serway i Jewett. (2009). Fizyka: dla nauki i inżynierii z fizyką współczesną. Tom 2. (wydanie siódme). Cengage Learning.
2. Glasstone. (1970). Podręcznik chemii fizycznej. W kinetyce chemicznej. Druga edycja. D. Van Nostrand, Company, Inc.
3. Méndez A. (21 marca 2012). Reguła Hunda. Odzyskany z: quimica.laguia2000.com
4. Wikipedia. (2018). Zasada Hunda o maksymalnej różnorodności. Odzyskane z: en.wikipedia.org
5. Chemistry LibreTexts. (23 sierpnia 2017). Zasady Hunda. Odzyskane z: chem.libretexts.org
6. Nave R. (2016). Zasady Hunda. Odzyskane z: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu