Mikä on Hund-sääntö tai maksimaalisen moninaisuuden periaate?



Hund-sääntö tai maksimaalisen moninaisuuden periaate luo empiirisesti, kuinka degeneroituneet orbitaaliset elektronit on täytettävä energiaa. Tämä sääntö, kuten sen ainoa nimi osoittaa, tuli saksalaiselta fyysikolta Friedrich Hundilta vuonna 1927, ja siitä lähtien se on ollut erittäin hyödyllinen kvantti- ja spektroskooppisessa kemiassa..

Kvanttikemiassa on todella kolme Hundin sääntöä; ensimmäinen on kuitenkin yksinkertaisin perusymmärrykseen siitä, miten atomit voidaan rakentaa sähköisesti. 

Hundin ensimmäinen sääntö, joka on suurin moninaisuus, on välttämätöntä elementtien elektronisten kokoonpanojen ymmärtämiseksi; määrittää, mikä on elektronien järjestys kiertoradioissa, jotta saadaan aikaan suurempi stabiilisuuden omaava atomi (ioni tai molekyyli).

Esimerkiksi ylemmässä kuvassa on neljä sarjaa elektronisia konfiguraatioita; laatikot edustavat kiertorataa, ja mustat nuolet elektronit.

Ensimmäinen ja kolmas sarja vastaavat oikeita tapoja tilata elektronit, kun taas toinen ja neljäs sarja osoittavat, kuinka elektroneja ei pitäisi sijoittaa kiertoradoihin.

indeksi

  • 1 Orbitaalien täyttöjärjestys Hundin säännön mukaisesti
    • 1.1 Pyörien yhdistäminen
    • 1.2 Rinnakkaiset ja rinnakkaiset kierrokset
  • 2 Moninaisuus
  • 3 Harjoitukset
    • 3.1 Fluori
    • 3.2 Titaani
    • 3.3 Rauta
  • 4 Viitteet

Orbitaalien täyttämisjärjestys Hundin säännön mukaisesti

Vaikka Hundin kahta muuta sääntöä ei mainita, täyttämällä täsmäysjärjestys oikein, sovelletaan näitä kolmea sääntöä implisiittisesti samanaikaisesti.

Mitä ensimmäisessä ja kolmannessa sarjassa orbitaaleja kuvassa on yhteistä? Miksi ne ovat oikein? Ensinnäkin jokainen kiertorata voi "pitää" kaksi elektronia, minkä vuoksi ensimmäinen laatikko on valmis. Täytteen on siis jatkuttava oikealla puolella olevien kolmen laatikon tai kiertoradan kanssa.

Spin pariliitos

Ensimmäisen sarjan jokaisessa laatikossa on nuoli ylöspäin, joka symboloi kolmea elektronia, joilla on sama suuntainen pyöri. Kun se osoittaa ylöspäin, se tarkoittaa, että sen pyörien arvo on +1/2, ja jos ne osoittavat alaspäin, niiden pyöriessä on arvoja -1/2.

Huomaa, että kolme elektronia vievät eri orbitaaleja, mutta parittomat kierrokset.

Kolmannessa sarjassa kuudennella elektronilla on spin vastakkaiseen suuntaan, -1/2. Tämä ei ole neljännen sarjan tapauksessa, jossa tämä elektroni siirtyy kiertoradalle +1/2: n spinillä.

Ja niin, molemmat elektronit, kuten ensimmäisen orbitaalin, saavat pariksi kierretty (yksi spin +1/2 ja toinen spin -1/2).

Neljäs sarja laatikoita tai orbitaaleja rikkoo Paulin syrjäytymisperiaatetta, jossa todetaan, ettei mikään elektroni voi sisältää neljää kvanttilukua. Hundin sääntö ja Paulin syrjäytymisen periaate käyvät aina käsi kädessä.

Siksi nuolet on sijoitettava siten, että ne pysyvät pakkaamattomina, kunnes ne täyttävät kaikki laatikot; ja sitten ne täyttyvät täyttämällä vastakkaiseen suuntaan osoittavat nuolet.

Rinnakkaiset ja antiparalleettiset kierrokset

Ei riitä, että elektronit pyörivät pareittain: niiden on myös oltava rinnakkaisia. Tämä on laatikkojen ja nuolien esityksessä taattu sijoittamalla jälkimmäinen päihin yhdensuuntaisesti.

Toisessa sarjassa esitetään virhe, jonka elektroni kolmannessa laatikossa kohtaa sen spin antiparallelia suhteessa muihin.

Näin ollen voidaan tiivistää, että atomin perusasema on sellainen, joka noudattaa Hundin sääntöjä, ja siksi sillä on kaikkein vakain elektroninen rakenne.

Teoreettinen ja kokeellinen perusta osoittaa, että kun atomissa on elektroneja, joilla on suurempi määrä parittomia ja rinnakkaisia ​​pyöriä, se stabiloituu ydin ja elektronien välisten sähköstaattisten vuorovaikutusten lisääntymisen seurauksena; kasvua, joka johtuu suojavaikutuksen vähenemisestä.

moninaisuus

Sana "moninaisuus" mainittiin alussa, mutta mitä se tarkoittaa tässä yhteydessä? Hundin ensimmäinen sääntö kertoo, että atomin stabiilin maaperän tila on se, jolla on suurin määrä spin-moninaisuutta; toisin sanoen se, joka esittää orbitaaleja, joissa on eniten parittomia elektroneja.

Kaava laskemaan spinin moninaisuus on

2S + 1

Jos S on yhtä suuri kuin parittomien elektronien lukumäärä kerrottuna 1/2: lla. Siten, kun on useita elektronisia rakenteita, joilla on sama määrä elektroneja, voidaan arvioida jokaiselle 2S + 1 ja korkeimman moniarvoisuuden omaava, kaikkein vakain.

Spinin moninaisuus voidaan laskea ensimmäiselle orbitaalisarjalle, jossa on kolme elektronia, joissa on parittomat ja rinnakkaiset kierrokset:

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

Ja moninaisuus on sitten

2 (3/2) + 1 = 4

Tämä on Hundin ensimmäinen sääntö. Vakaana kokoonpanon on myös oltava muiden parametrien mukainen, mutta kemiallisen ymmärryksen vuoksi ei ole täysin välttämätöntä.

koulutus

fluor

Vain valenssikerros otetaan huomioon, koska oletetaan, että sisäkerros on jo täynnä elektroneja. Siten fluorin elektroninen konfiguraatio on [He] 2s22p5.

Sinun täytyy ensin täyttää 2s: n kiertoradat ja sitten kolme p orbitaalia. 2s: n kiertoradan täyttämiseksi kahden elektronin kanssa riittää, että ne asetetaan siten, että niiden pyörii pariksi.

Muut viisi elektronia kolmelle 2p: n kiertoradalle on järjestetty alla esitetyllä tavalla

Punainen nuoli edustaa viimeistä elektronia, joka täyttää kiertoradat. Huomaa, että ensimmäiset kolme elektronia, jotka tulevat 2p: n kiertoradoille, sijoitetaan parittomiksi ja pyörivät rinnakkain.

Seuraavaksi neljännestä elektronista se alkaa yhdistää spin-2: n toisen elektronin kanssa. Viides ja viimeinen elektroni etenee samalla tavalla.

titaani

Titaanin elektroninen kokoonpano on [Ar] 3d24s2. Koska orbitaaleja on viisi, on suositeltavaa aloittaa vasemmalta puolelta:

Tällä kertaa näytettiin 4s-kiertoradan täyttö. Koska kolmiulotteisissa orbitaaleissa on vain kaksi elektronia, on melkein mitään ongelmaa tai sekaannusta, kun ne sijoitetaan parittomiin ja rinnakkaisiin pyöriin (siniset nuolet).

rauta

Toinen esimerkki ja lopuksi on rauta, metalli, jolla on enemmän elektroneja sen orbitaaleissa kuin titaani. Sen elektroninen kokoonpano on [Ar] 3d64s2.

Jos se ei olisi Hundin sääntöä ja Paulin syrjäytymisperiaatetta, ei olisi tiedossa, miten nämä kuusi elektronia hävitettäisiin viidessä kiertoradallaan..

Vaikka se voi tuntua helpolta, ilman näitä sääntöjä voisi syntyä monia vääriä mahdollisuuksia orbitaalien täyttämisen järjestyksen suhteen.

Näiden ansiosta se on loogista ja yksitoikkoista kultaisen nuolen etenemistä, joka ei ole enempää kuin viimeinen elektroni, joka on sijoitettu orbitaaleihin.

viittaukset

  1. Serway & Jewett. (2009). Fysiikka: tieteelle ja tekniikalle nykyaikaisella fysiikalla. Osa 2 (seitsemäs painos). Cengage-oppiminen.
  2. Glasstone. (1970). Fyysisen kemian oppikirja. sisään Kemiallinen kinetiikka. Toinen painos. D. Van Nostrand, Company, Inc.
  3. Méndez A. (21. maaliskuuta 2012). Hundin sääntö. Haettu osoitteesta: quimica.laguia2000.com
  4. Wikipedia. (2018). Hundin enimmäismäärän sääntö. Haettu osoitteesta: en.wikipedia.org
  5. Kemia LibreTexts. (23. elokuuta 2017). Hundin säännöt Haettu osoitteesta: chem.libretexts.org
  6. Alus R. (2016). Hundin säännöt Haettu osoitteesta hyperphysics.phy-astr.gsu.edu