מהו חוק Hund או עיקרון הריבוי המקסימלי?

ה Hund הכלל או העיקרון של ריבוי מרבי קובעת, באופן אמפירי, כיצד האלקטרונים המנוצלים המנוצלים חייבים לתפוס אנרגיה. כלל זה, כפי ששמו היחיד מצביע, הגיע מפיזיקאי הונד הגרמני, בשנת 1927, ומאז הוא היה שימושי מאוד בכימיה קוונטית וספקטרוסקופית.

ישנם שלושה כללים של Hund החלים בכימיה קוונטית; אולם, הראשון הוא הפשוט ביותר להבנה הבסיסית של האופן שבו מבנה אטומי של אטום. 

הכלל הראשון של הונד, זה של ריבוי מרבי, חיוני להבנת התצורות האלקטרוניות של האלמנטים; קובע מה הסדר של האלקטרונים האורביטלים חייב להיות לייצר אטום (יון או מולקולה) של יציבות רבה יותר.

לדוגמה, ארבע סדרות של תצורות אלקטרוניות מוצגות בתמונה העליונה; הקופסאות מייצגות את האורביטלים, ואת החצים השחורים את האלקטרונים.

הסדרה הראשונה והשלישית תואמות את הדרכים הנכונות להזמנת האלקטרונים, ואילו הסדרה השנייה והרביעית מציינות כיצד אין להציב את האלקטרונים במסגרות האורביטלים.

אינדקס

• 1 סדר מילוי האורביטלים על פי חוק הונד
  • 1.1 הזדווגות של ספינים
  • 1.2 סיבובים מקבילים ואנטי-מקבילים
• 2 ריבוי
• 3 תרגילים
  • 3.1 פלואור
  • 3.2 טיטניום
  • 3.3 ברזל
• 4 הפניות

סדר מילוי האורביטלים על פי חוק הונד

למרות שלא הוזכר שני הכללים האחרים של הונד, עם ביצוע נכון של סדר המילוי הוא משתמע באופן משתמע שלושה כללים אלה באותו זמן.

מה יש בסדרה הראשונה והשלישית של האורביטלים בתמונה? למה הם נכונים? ראשית, כל מסלול יכול רק "להחזיק" שני אלקטרונים, ולכן הקופסה הראשונה הושלמה. המילוי חייב להמשיך עם שלוש תיבות או אורביטלים בצד ימין.

זיווג ספין

כל תיבה של הסדרה הראשונה יש חץ הצבעה למעלה, אשר מסמל שלושה אלקטרונים עם ספינים של אותו כיוון. כאשר מצביע למעלה, זה אומר כי ספינים שלה יש ערך של 1/2, ואם הם מצביעים למטה, ספינים שלהם יהיו ערכים של -1/2.

שים לב כי שלושת האלקטרונים לכבוש אורביטלים שונים, אבל עם סיבים לא מסודרים.

בסדרה השלישית, האלקטרון השישי נמצא עם ספין בכיוון ההפוך, -1/2. זה לא המקרה של הסדרה הרביעית, שבה אלקטרון זה נכנס מסלולית עם ספין של 1/2.

וכך, שני האלקטרונים, כמו אלה של המסלול הראשון, יהיו שלהם זוג ספין (אחד עם ספין +1/2 ואחד עם ספין -1/2).

הסדרה הרביעית של קופסאות או אורביטלים מפרה את עקרון ההדרה של פאולי, הקובע כי לאף אלקטרון אין אותם ארבעה מספרים קוונטיים. שלטון הונד ועקרון ההדרה של פאולי תמיד הולכים יד ביד.

לכן, החצים חייבים להיות ממוקמים באופן כזה שהם יישארו פרוקים עד שהם תופסים את כל תיבות; ואז הם מסיימים למלא את החצים המצביעים בכיוון ההפוך.

סיבובים מקבילים ואנטי-מקבילים

זה לא מספיק כי האלקטרונים יש ספינים שלהם לזווג: הם חייבים גם להיות מקביל. זה ייצוג של תיבות וחצים מובטחת על ידי הנחת האחרון עם הקצוות שלהם מקבילים זה לזה.

הסדרה השנייה מציגה את השגיאה כי האלקטרון בקופסה השלישית פוגש ספין שלה antiparallel ביחס לאחרים.

לפיכך, ניתן לסכם כי מצב היסוד של האטום הוא אחד כי מציית לכללי Hund, ולכן, יש את המבנה האלקטרוני היציב ביותר.

הבסיס התיאורטי והניסויי קובע שכאשר לאטום יש אלקטרונים עם מספר גדול יותר של ספינים לא מזוהים ומקבילים, הוא מתייצב כתוצאה מעלייה באינטראקציות האלקטרוסטטיות בין הגרעין לבין האלקטרונים; גידול הנובע מירידה באפקט המגן.

ריבוי

המילה "ריבוי" הוזכרה בהתחלה, אבל מה זה אומר בהקשר זה? הכלל הראשון של הונד קובע כי מצב הקרקע היציב ביותר עבור אטום הוא זה שיש לו את המספר הגדול ביותר של ריבוי ספין; במילים אחרות, זו המציגה את האורביטלים שלה עם המספר הגבוה ביותר של אלקטרונים לא מזוהמים.

הנוסחה לחישוב ריבוי הספין היא

2S + 1

איפה S שווה למספר אלקטרונים לא מזוהים כפול 1/2. לכן, לאחר מספר מבנים אלקטרוניים עם מספר זהה של אלקטרונים, 2S + 1 ניתן להעריך עבור כל אחד וכי עם הערך הרב ביותר יהיה הרב ביותר.

ריבוי הספין יכול להיות מחושב עבור הסדרה הראשונה של אורביטלים עם שלושה אלקטרונים עם הספינים שלהם לא מקביל ומקביל:

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

ואז הריבוי הוא

2 (3/2) + 1 = 4

זהו הכלל הראשון של הונד. התצורה היציבה ביותר חייבת גם לעמוד בפרמטרים אחרים, אבל לצורך הבנה כימית אינם נחוצים לחלוטין.

תרגילים

פלואור

רק שכבת הערכיות נחשבת, שכן ההנחה היא כי השכבה הפנימית כבר מלא אלקטרונים. תצורה אלקטרונית של פלואור הוא ולכן [הוא] 2s²2p⁵.

אתה צריך למלא אורביטלים 2s הראשון ואז שלושה אורביטלים. עבור מילוי של המסלול 2S עם שני אלקטרונים זה מספיק כדי למקם אותם בצורה כזו ספינים שלהם הם זוג.

חמשת האלקטרונים האחרים עבור שלושת המסלולים 2p מסודרים כפי שמוצג להלן

החץ האדום מייצג את האלקטרון האחרון שממלא את האורביטלים. שים לב כי שלושת האלקטרונים הראשונים שנכנסים 2p אורביטלים ממוקמים unaired עם ספינים שלהם במקביל.

לאחר מכן, מן האלקטרון הרביעי, הוא מתחיל זוג ספין שלה -1 / 2 עם האלקטרון השני. האלקטרון החמישי והאחרון ממשיך באותו אופן.

טיטניום

תצורה אלקטרונית של טיטניום הוא [Ar] 3d²4s². מכיוון שישנם חמישה דביטלים, מומלץ להתחיל מצד שמאל:

הפעם המילוי של מסלול 4S הוצגה. מאז יש רק שני אלקטרונים של אורביטלים 3D, אין כמעט שום בעיה או בלבול בעת הצבת אותם עם ספין שלהם מזויפים מקבילים (חיצים כחולים).

ברזל

דוגמה נוספת, ולבסוף, ברזל, מתכת כי יש electrons יותר שלה אורביטלים מאשר טיטניום. תצורתו האלקטרונית היא [Ar] 3d⁶4s².

לולא שלטונו של הונד ועקרון ההדרה של פאולי, לא היה ידוע כיצד להיפטר משש אלקטרונים כאלה בחמשת המסלולים..

למרות שזה אולי נראה קל, ללא כללים אלה יכולים מקורן אפשרויות רבות טועה לגבי הסדר של מילוי האורביטלים.

בזכות אלה, זה הגיוני מונוטוני ההתקדמות של החץ הזהב, אשר אינו יותר האלקטרון האחרון שמוקם האורביטלים.

הפניות

1. סרוואי וג'ויט. (2009). פיסיקה: למדע ולהנדסה בפיזיקה מודרנית. כרך ב '(מהדורה שביעית). Cengage למידה.
2. גלססטון. (1970). ספר לימוד בכימיה פיסיקלית. ב קינטיקה כימית. מהדורה שנייה. ד ון נוסטרנד, החברה, Inc.
3. מנדז א '(21 במרץ 2012). הכלל של הונד. מקור:
4. ויקיפדיה. (2018). הכלל של הונד ריבוי מרבי. מקור: en.wikipedia.org
5. כימיה. (23 באוגוסט 2017). כללים של Hund מקור: chem.libretexts.org
6. ספינה ר '(2016). כללים של Hund מקור: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu