ПРАВИЛО НА ХАНД ИЛИ ПРИНЦИП ЗА МАКСИМАЛНА КРАТНОСТ - ХИМИЯ - 2025

В Hund е правило за максимална кратност или принцип, установен, емпирично, как да се заемат орбиталните електрони се изроди в енергия. Това правило, както подсказва самото му име, идва от немския физик Фридрих Хунд през 1927 г. и оттогава е много полезно в спектроскопската и квантовата химия.

Всъщност има три правила на Хунд, прилагани в квантовата химия; Първият обаче е най-простият за основното разбиране за това как да се структурира електронно атом.

Източник: Габриел Боливар

Първото правило на Хунд, това за максимална кратност, е от съществено значение за разбирането на електронните конфигурации на елементите; установява какво трябва да бъде подреждането на електроните в орбиталите, за да се генерира атом (йон или молекула) с по-голяма стабилност.

Например, изображението по-горе показва четири серии от електронни конфигурации; кутиите представляват орбиталите, а черните стрелки представляват електроните.

Първата и третата серия съответстват на правилните начини за подреждане на електроните, докато втората и четвъртата серия показват как не трябва да се поставят електроните в орбиталите.

Орбитална поръчка за попълване според правилото на Хунд

Въпреки че не се споменават другите две правила на Hund, правилното изпълнение на заповедта за попълване имплицитно прилага едновременно тези три правила.

Какво общо имат първата и третата серия от орбитали в изображението? Защо са правилни? Като начало всяка орбитална система може да „помести“ само два електрона, поради което първата кутия е пълна. Следователно запълването трябва да продължи с трите кутии или орбитали отдясно.

Спиране чифтосване

Всяка кутия от първата серия има стрелка, насочена нагоре, която символизира три електрона със завъртания в една и съща посока. Когато сочат нагоре, това означава, че завъртанията им имат стойност +1/2, а ако сочат надолу, завъртанията им ще имат стойности -1/2.

Обърнете внимание, че трите електрона заемат различни орбитали, но с несдвоени завъртания.

В третата серия шестият електрон е разположен със завъртане в обратна посока -1/2. Това не е така за четвъртата серия, където този електрон навлиза в орбитата със спин от +1/2.

И така, двата електрона, като тези от първата орбитала, ще имат сдвоени завъртания (единият със спин +1/2, а другият със спин -1/2).

Четвъртата серия от кутии или орбитали нарушава принципа на изключване на Паули, който гласи, че никой електрон не може да има същите четири квантови числа. Правилото на Хунд и принципа на изключване на Паули винаги вървят ръка за ръка.

Следователно стрелките трябва да бъдат поставени по такъв начин, че да не са сдвоени, докато заемат всички кутии; и веднага след това те са завършени със стрелките, насочени в обратна посока.

Паралелни и антипаралелни завъртания

Не е достатъчно електроните да имат сдвоени завъртания: те също трябва да са успоредни. Това при представянето на кутии и стрелки е гарантирано, като се поставят последните с краищата им успоредни една на друга.

Втората серия представя грешката, че електронът в третата кутия среща своето въртене в антипаралелен смисъл по отношение на останалите.

По този начин може да се обобщи, че основното състояние на един атом е такова, което се подчинява на правилата на Хунд и следователно има най-стабилната електронна структура.

Теоретичната и експерименталната основа гласи, че когато един атом има електрони с по-голям брой несдвоени и успоредни завъртания, той се стабилизира в резултат на увеличаване на електростатичните взаимодействия между ядрото и електроните; увеличение, което се дължи на намаляването на екраниращия ефект.

многочисленост

Думата „множественост“ беше спомената в началото, но какво означава това в този контекст? Първото правило на Хонд установява, че най-стабилното основно състояние за един атом е това, което представя по-голям брой кратност на въртене; с други думи, тази, която представя своите орбитали с най-голям брой несдвоени електрони.

Формулата за изчисляване на кратността на въртенето е

2S + 1

Където S е равно на броя на несдвоените електрони, умножено по 1/2. По този начин, имайки няколко електронни структури с един и същ брой електрони, 2S + 1 може да бъде оценен за всеки един, а този с най-висока стойност на кратността ще бъде най-стабилният.

Можете да изчислите кратността на въртенето за първата серия от орбитали с три електрона с техните завъртания несравними и успоредни:

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

И множествеността тогава е

2 (3/2) + 1 = 4

Това е първото правило на Хунд. Най-стабилната конфигурация трябва да отговаря и на други параметри, но за целите на химичното разбиране те не са напълно необходими.

Упражнения

флуор

Разглежда се само валентната обвивка, тъй като се приема, че вътрешната обвивка вече е изпълнена с електрони. Следователно електронната конфигурация на флуор е 2s ² 2p ⁵.

Първо трябва да се попълни орбитала 2s и след това три p орбитали. За да запълните орбитата на 2s с двата електрона, достатъчно е да ги поставите по такъв начин, че техните завъртания да бъдат сдвоени.

Останалите пет електрона за трите 2p орбитали са подредени, както е показано по-долу.

Източник: Габриел Боливар

Червената стрелка представлява последния електрон, който запълва орбиталите. Обърнете внимание, че първите три електрона, влизащи в орбиталите 2p, са поставени неспарени и със завъртанията си успоредни.

След това от четвъртия електрон започва да сдвоява своя спин -1/2 с другия електрон. Петият и последен електрон протича по същия начин.

титан

Електронната конфигурация на титана е 3d ² 4s ². Тъй като има пет d орбитали, се препоръчва да се започне от лявата страна:

Източник: Габриел Боливар

Този път беше показано запълването на 4s орбиталата. Тъй като в 3d орбиталите има само два електрона, почти няма проблем или объркване при поставянето им с техните несравнени и несдвоени завъртания (сини стрелки).

Желязо

Друг пример и накрая е желязото, метал, който има повече електрони в своите d орбитали от титания. Електронната му конфигурация е 3d ⁶ 4s ².

Ако не беше правилото на Хунд и принципа на изключване на Паули, нямаше да знаем как да подредим такива шест електрона в техните пет d орбитали.

Източник: Габриел Боливар

Въпреки че може да изглежда лесно, без тези правила биха могли да възникнат много грешни възможности по отношение на реда на попълване на орбиталите.

Благодарение на тях напредването на златната стрелка е логично и монотонно, което е нищо повече от последния електрон, който трябва да бъде поставен в орбиталите.

Препратки

1. Serway & Jewett. (2009 г.). Физика: за наука и инженерство с модерна физика. Том 2. (Седмо издание). Учене в Cengage.
2. Glasstone. (1970). Учебник по физическа химия. В химическата кинетика. Второ издание. D. Van Nostrand, Company, Inc.
3. Мендес А. (21 март 2012 г.). Правилото на Хунд Възстановено от: quimica.laguia2000.com
4. Wikipedia. (2018). Правилото на Хунд за максимална кратност. Възстановено от: en.wikipedia.org
5. Химия LibreTexts. (23 август 2017 г.). Правила на Хунд. Възстановено от: chem.libretexts.org
6. Nave R. (2016). Правила на Хунд. Възстановени от: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu