HUNDOVO PRAVILO ALI NAČELO NAJVEČJE MNOŽITVE - KEMIJA - 2025

Hund je pravilo največje številčnosti ali načeloma sedež, empirično, kako se zavzemajo za orbitalne elektroni sprevrgli v energijo. To pravilo, kot že samo ime pove, je prišlo od nemškega fizika Friedricha Hunda leta 1927 in od takrat je v veliko pomoč v kvantni in spektroskopski kemiji.

V kvantni kemiji se dejansko uporabljajo tri Hundova pravila; vendar je prva najpreprostejša za osnovno razumevanje, kako elektronsko zgraditi atom.

Vir: Gabriel Bolívar

Hundovo prvo pravilo, največja večplastnost, je bistvenega pomena za razumevanje elektronskih konfiguracij elementov; določa, kakšen mora biti vrstni red elektronov v orbitalah, da se ustvari atom (ion ali molekula) z večjo stabilnostjo.

Na primer, zgornja slika prikazuje štiri serije elektronskih konfiguracij; polja predstavljajo orbitale, črne puščice pa elektrone.

Prva in tretja serija ustrezata pravilnim načinom razporeditve elektronov, druga in četrta serija pa pomenita, kako elektronov ne bi smeli umestiti v orbitale.

Orbitalni nalog za polnjenje po Hundovem pravilu

Čeprav o drugih dveh Hundovih pravilih ni govora, pravilno izvrševanje naloga za polnjenje implicitno uporablja ta tri pravila hkrati.

Kaj imata prva in tretja serija orbitale na sliki? Zakaj so pravilni? Za začetek lahko vsaka orbitala "naseli" samo dva elektrona, zato je prva škatla popolna. Polnjenje se mora torej nadaljevati s tremi škatlami ali orbitali na desni.

Spin parjenje

Vsaka škatla prve serije ima puščico, usmerjeno navzgor, kar simbolizira tri elektrone s spinovi v isti smeri. Ko kažejo navzgor, to pomeni, da imajo njihovi centrifugi vrednost +1/2, če pa kažejo navzdol, bodo imeli njihovi vrti vrednosti -1/2.

Upoštevajte, da trije elektroni zasedajo različne orbitale, vendar s parnimi vrti.

V tretjem nizu je šesti elektron nameščen z vrtenjem v nasprotni smeri, -1/2. To ne velja za četrto serijo, kjer ta elektron vstopi v orbito z vrtenjem +1/2.

In tako bosta imela oba elektrona, kot je bila prva orbitala, svoje spino združene (eden s spin +1/2 in drugi s spin -1/2).

Četrta serija škatel ali orbite krši načelo izključitve Paulija, ki pravi, da noben elektron ne more imeti enakih štirih kvantnih števil. Hundovo pravilo in Paulijevo načelo izključitve gresta vedno z roko v roki.

Zato morajo biti puščice nameščene tako, da so neprimerne, dokler ne napolnijo vseh polj; in takoj zatem jih dopolnimo s puščicami, ki kažejo v nasprotni smeri.

Vzporedni in protiparalni zavoji

Ni dovolj, da imajo elektroni svoje spino združene: biti morajo tudi vzporedni. To pri predstavitvi škatel in puščic zagotavljamo tako, da slednje postavimo s konci, vzporednimi drug z drugim.

Druga serija predstavlja napako, da elektron v tretji škatli izpolnjuje svoj spin v protiparalnem smislu glede na ostale.

Tako je mogoče povzeti, da je osnovno stanje atoma tisto, ki upošteva Hundova pravila, in ima zato najbolj stabilno elektronsko strukturo.

Teoretična in eksperimentalna osnova navaja, da ko ima atom elektrone z večjim številom parnih in vzporednih vrtljajev, se stabilizira kot posledica povečanja elektrostatičnih interakcij med jedrom in elektroni; povečanje, ki je posledica zmanjšanja učinka zaščite.

Množica

Beseda „večplastnost“ je bila omenjena na začetku, ampak kaj pomeni v tem kontekstu? Hundovo prvo pravilo določa, da je najbolj stabilno osnovno stanje za atom tisto, ki predstavlja večje število množine spina; z drugimi besedami, tista, ki predstavi svoje orbite z največjim številom parnih elektronov.

Formula za izračun večkratnosti vrtenja je

2S + 1

Kjer je S enako številu parnih elektronov, pomnoženih s 1/2. Tako bo, če imamo več elektronskih struktur z enakim številom elektronov, mogoče oceniti 2S + 1 za vsakega, tista z najvišjo vrednostjo množice pa bo najbolj stabilna.

Izračunate lahko večkratnost vrtenja za prvo serijo orbitale s tremi elektroni, katerih vrti so neprimerljivi in ​​vzporedni:

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

In množica je potem

2 (3/2) + 1 = 4

To je Hundovo prvo pravilo. Najstabilnejša konfiguracija mora ustrezati tudi drugim parametrom, vendar za kemijsko razumevanje niso povsem potrebni.

Vaje

Fluor

Upošteva se samo valenčna lupina, saj predvidevamo, da je notranja lupina že napolnjena z elektroni. Elektronska konfiguracija fluora je torej 2s ² 2p ⁵ .

Najprej je treba zapolniti orbital 2s in nato tri p orbitale. Za izpolnitev orbite 2s z dvema elektronoma je dovolj, da ju postavite tako, da sta njuni spinovi seznanjeni.

Ostalih pet elektronov za tri 2p orbitale so razporejeni, kot je prikazano spodaj.

Vir: Gabriel Bolívar

Rdeča puščica predstavlja zadnji elektron, ki zapolni orbitale. Upoštevajte, da so prvi trije elektroni, ki vstopajo v 2p orbitolo, postavljeni neparno in s spinoli vzporedno.

Nato od četrtega elektrona začne spariti svoj spin -1/2 z drugim elektronom. Peti in zadnji elektron deluje na enak način.

Titan

Elektronska konfiguracija titana je 3d ² 4s ² . Ker je pet d orbitalov, je priporočljivo, da se začne na levi strani:

Vir: Gabriel Bolívar

Tokrat je bilo prikazano polnjenje orbitale 4s. Ker sta v 3d orbitali le dva elektrona, pri postavljanju s svojimi neparnimi in vzporednimi vrti (modre puščice) skoraj ni težav ali zmede.

Železo

Drugi primer in končno je železo, kovina, ki ima v svojih orbitalah več elektronov kot titan. Njegova elektronska konfiguracija je 3d ⁶ 4s ² .

Če ne bi bilo Hundove vladavine in načela izključitve Paulija, ne bi vedeli, kako urediti takšnih šest elektronov v svojih pet d orbitalah.

Vir: Gabriel Bolívar

Čeprav se morda zdi enostavno, brez teh pravil lahko pride do veliko napačnih možnosti glede vrstnega reda polnjenja orbitale.

Zahvaljujoč tem je napredovanje zlate puščice logično in monotono, kar ni nič drugega kot zadnji elektron, ki je postavljen v orbitale.

Reference

1. Serway & Jewett. (2009). Fizika: za znanost in inženiring s sodobno fiziko. Zvezek 2. (Sedma izdaja). Cengage Learning.
2. Glasstone. (1970). Učbenik fizikalne kemije. V kemijski kinetiki. Druga izdaja D. Van Nostrand, Company, Inc.
3. Méndez A. (21. marec 2012). Hundovo pravilo. Pridobljeno: quimica.laguia2000.com
4. Wikipedija. (2018). Hundovo pravilo največje množice. Pridobljeno: en.wikipedia.org
5. Kemija LibreTexts. (23. avgusta 2017). Hundova pravila. Pridobljeno: chem.libretexts.org
6. Nave R. (2016). Hundova pravila. Pridobljeno: hiperfizika.fi-astr.gsu.edu