HUND-SZABÁLY VAGY A MAXIMÁLIS SOKASÁG ELVE - KÉMIA - 2025

A Hund maximális multiplikáció szabálya vagy alapelve empirikusan határozta meg, hogyan kell elfoglalni az orbitális elektronokat energiává. Ez a szabály, amint azt a neve is sugallja, a német fizikus, Friedrich Hund 1927-ben hozta létre, és azóta rendkívül hasznos volt a kvantum- és spektroszkópiás kémiában.

A kvantumkémiában valójában három Hund-szabályt alkalmaznak; azonban az első a legegyszerűbb ahhoz, hogy megértsük az atom elektronikai struktúráját.

Forrás: Gabriel Bolívar

Hund első, a maximális sokféleséggel kapcsolatos szabálya elengedhetetlen az elemek elektronikus konfigurációjának megértéséhez; megállapítja, hogy az elektronok milyen sorrendben vannak az orbitális csatornákon egy nagyobb stabilitású atom (ion vagy molekula) előállításához.

Például a fenti kép négy elektronkonfiguráció-sorozatot mutat; a dobozok az orbitálokat, a fekete nyilak pedig az elektronokat jelölik.

Az első és a harmadik sor az elektronok helyes elrendezésének felel meg, míg a második és a negyedik sorozat azt jelzi, hogy az elektronokat nem szabad az orbitális tartományba helyezni.

Orbitális töltési sorrend Hund szabálya szerint

Noha a másik két Hund-szabályt nem említik, a kitöltési sorrend helyes végrehajtása implicit módon alkalmazza ezt a három szabályt egyszerre.

Mi a közös a képen látható első és harmadik sorozattal? Miért helyesek? A kezdők számára az egyes pályák csak két elektronot tudnak "befogadni", ezért az első doboz teljes. A feltöltést ezért a jobb oldalon lévő három doboz vagy pálya körül kell folytatni.

Spin párzás

Az első sorozat mindegyik dobozának felfelé mutató nyíllal rendelkezik, amely három azonos irányban forgó elektronot jelképez. Ha felfelé mutat, az azt jelenti, hogy forgásuk értéke +1/2, és ha lefelé mutatnak, akkor a spinjeik értéke -1/2.

Vegye figyelembe, hogy a három elektron eltérő pályákat foglal el, de pár nélkül pörgetéssel.

A harmadik sorozatban a hatodik elektron egy ellentétes irányú, -1 / 2-es spinnel van elhelyezve. Nem ez a helyzet a negyedik sorozat esetében, ahol ez az elektron +1/2 spinrel lép a pályára.

Így a két elektron, mint például az első keringő, párokkal párosul (az egyik spin +1/2, a másik spin -1/2).

A dobozok vagy orbitálok negyedik sorozata megsérti a Pauli kizárás elvét, amely szerint egyetlen elektronnak sem lehet ugyanaz a négy kvantuma. Hund szabálya és Pauli kizárásának alapelve mindig együtt jár.

Ezért a nyilakat oly módon kell elhelyezni, hogy pár nélkül legyenek, amíg az összes dobozt el nem foglalja; és közvetlenül utána kiegészítik őket az ellenkező irányba mutató nyilakkal.

Párhuzamos és párhuzamos pörgetések

Nem elegendő, ha az elektronok párosulnak: párhuzamosaknak is kell lenniük. Ezt a dobozok és nyilak ábrázolásában garantáljuk, ha az utóbbiakat egymással párhuzamos végükkel helyezzük el.

A második sorozat azt a hibát mutatja be, hogy a harmadik dobozban az elektron megfelel a spinnek a többihez képest párhuzamos értelemben.

Összefoglalható tehát arról, hogy egy atom alapállapota megfelel Hund szabályainak, és ezért a legstabilabb elektronikus felépítésű.

Az elméleti és kísérleti alap azt állítja, hogy ha egy atomban több elektron van, páratlan és párhuzamos spinnel, stabilizálódik a mag és az elektronok közötti elektrosztatikus kölcsönhatások növekedésének eredményeként; növekedés, amely az árnyékoló hatás csökkenése miatt következik be.

sokféleség

A „sokféleség” szót már az elején megemlítették, de mit jelent ebben az összefüggésben? Hund első szabálya megállapítja, hogy egy atom legstabilabb alapállapota az, amely nagyobb számú spin multiplikációt mutat; más szavakkal: az, amelyik a páratlan számú páratlan elektronokkal bocsátja ki pályáját.

A spin multiplikációjának kiszámítására szolgáló képlet:

2S + 1

Ahol S megegyezik a páratlan elektronok számával szorozva 1/2-del. Így, ha több elektronikus struktúrája azonos elektronszámmal rendelkezik, mindegyikre becsülhető a 2S + 1, és a legstabilabb a legmagasabb szorzóértékű.

Kiszámolhatja a spin sokaságát az első keringési sorozat három elektronjával, páratlan és párhuzamos spinnel:

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

És akkor a sokféleség

2 (3/2) + 1 = 4

Ez Hund első szabálya. A legstabilabb konfigurációnak meg kell felelnie más paramétereknek is, de a kémiai megértés érdekében ezek nem feltétlenül szükségesek.

Feladatok

Fluor

Csak a valenciahéjat vesszük figyelembe, mivel feltételezzük, hogy a belső héj már tele van elektronokkal. A fluor elektronkonfigurációja tehát 2s ² 2p ⁵.

Először egy 2s-es pályát kell kitölteni, majd három p-es pályát. Ahhoz, hogy a 2s-es keringőt megtöltse a két elektronmal, elegendő, ha úgy helyezik el őket, hogy spinjeik párosuljanak.

A másik öt elektron a három 2p-es pályára az alábbiak szerint van elrendezve.

Forrás: Gabriel Bolívar

A piros nyíl jelzi az orbonalak kitöltésének utolsó elektronját. Vegye figyelembe, hogy az első három elektron, amely a 2p-es pályára lép, pár nélkül van elhelyezve és spinjeik párhuzamosak.

Ezután a negyedik elektrontól kezdve párosodik a spinje -1/2 és a másik elektron. Az ötödik és az utolsó elektron ugyanúgy halad.

Titán

A titán elektronkonfigurációja 3d ² 4s ². Mivel öt d pálya van, javasoljuk, hogy kezdje a bal oldalon:

Forrás: Gabriel Bolívar

Ezúttal a 4s pálya kitöltését mutatták. Mivel a 3D-es keringőpályán csak két elektron található, szinte nincs probléma vagy zavar, ha pár nélkül és párhuzamosan forog (kék nyilak).

Vas

Egy másik példa, és végül: a vas, egy olyan fém, amelynek d-pályáján több elektron van, mint a titánnál. Elektronkonfigurációja 3d ⁶ 4s ².

Ha nem Hund uralma és a Pauli kizárási elv lenne, akkor nem tudnánk, hogyan lehet ilyen hat elektronot elrendezni öt d pályájukon.

Forrás: Gabriel Bolívar

Bár könnyűnek tűnik, ezen szabályok nélkül sok helytelen lehetőség merülhet fel a pályák kitöltésének sorrendjében.

Ezeknek köszönhetően az arany nyíl előrehaladása logikus és monoton, ami nem más, mint az utolsó elektron, amelyet az orbitálisokba helyeznek.

Irodalom

1. Serway és Jewett. (2009). Fizika: a tudomány és a technika számára a modern fizika segítségével. 2. kötet (hetedik kiadás). Cengage tanulás.
2. Glasstone. (1970). A fizikai kémia tankönyve. A kémiai kinetikában. Második kiadás. D. Van Nostrand, Company, Inc.
3. Méndez A. (2012. március 21.). Hund szabálya. Helyreállítva: quimica.laguia2000.com
4. Wikipedia. (2018). Hund maximális sokféleség szabálya. Helyreállítva: en.wikipedia.org
5. Kémia LibreTexts. (2017. augusztus 23.). Hund szabályai. Helyreállítva: chem.libretexts.org
6. Nave R. (2016). Hund szabályai. Helyreállítva: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu