Što je pravilo Hunda ili načelo maksimalne mnogostrukosti?



Pravilo hunda ili načelo maksimalne mnogostrukosti empirijski utvrđuje kako degenerirani orbitalni elektroni moraju zauzimati energiju. To je pravilo, kako mu samo ime kaže, došlo od njemačkog fizičara Friedricha Hunda, 1927., i od tada je vrlo korisno u kvantnoj i spektroskopskoj kemiji..

Postoje stvarno tri Hundova pravila koja se primjenjuju u kvantnoj kemiji; međutim, prvi je najjednostavniji za osnovno razumijevanje kako elektronički strukturirati atom. 

Hundovo prvo pravilo, to je maksimalno mnoštvo, neophodno je za razumijevanje elektroničkih konfiguracija elemenata; utvrđuje redoslijed elektrona u orbitalima da bi se stvorio atom (ion ili molekula) veće stabilnosti.

Na primjer, četiri serije elektroničkih konfiguracija prikazane su na gornjoj slici; kutije predstavljaju orbitale, a crne strelice elektrone.

Prva i treća serija odgovaraju ispravnim načinima naručivanja elektrona, dok druga i četvrta serija ukazuju na to kako se elektroni ne smiju smjestiti u orbitale..

indeks

  • 1 Redoslijed popunjavanja orbitala prema Hundovom pravilu
    • 1.1 Parenje spinova
    • 1.2. Paralelni i antiparalelni centri
  • 2 Višestrukost
  • 3 vježbe
    • 3.1 Fluor
    • 3.2 Titan
    • 3.3 Željezo
  • 4 Reference

Redoslijed popunjavanja orbitala prema Hundovom pravilu

Iako se ne spominju druga dva pravila Hunda, uz pravilno izvršavanje redoslijeda popunjavanja implicitno primjenjuje ova tri pravila istovremeno.

Što je zajedničko prvom i trećem nizu orbitala na slici? Zašto su u pravu? Za početak, svaka orbita može samo "držati" dva elektrona, zbog čega je prva kutija potpuna. Punjenje se stoga mora nastaviti s tri kutije ili orbitale na desnoj strani.

Spin uparivanje

Svaka kutija prve serije ima strelicu okrenutu prema gore, koja simbolizira tri elektrona s vrtnjom istog smjera. Kada okreće prema gore, to znači da njezini spinovi imaju vrijednost +1/2, a ako pokažu prema dolje, njihovi će spinovi imati vrijednosti od -1/2.

Imajte na umu da tri elektrona zauzimaju različite orbitale, ali s nesparen vrti.

U trećoj seriji, šesti elektron se nalazi sa spinom u suprotnom smjeru, -1/2. To nije slučaj za četvrtu seriju, gdje taj elektron ulazi u orbitalu sa spinom od +1/2.

I tako, dva elektrona, kao i oni iz prve orbite, imat će svoje uparene vrtnje (jedan s spin +1/2 i jedan sa spin-om -1/2).

Četvrta serija kutija ili orbitala krši Paulijev princip isključenja, koji kaže da niti jedan elektron ne može imati ista četiri kvantna broja. Pravilo Hunda i načelo isključenja Paulija uvijek idu ruku pod ruku.

Zbog toga strelice moraju biti postavljene tako da ostanu nepakirane sve dok ne zauzmu sve kutije; i onda završe punjenje strelicama u suprotnom smjeru.

Paralelni i antiparalelni okretaji

Nije dovoljno da elektroni imaju spine: oni također moraju biti paralelni. Ovo u prikazu kutija i strelica je zajamčeno stavljanjem potonjeg s njihovim krajevima paralelnim jedan s drugim.

Druga serija predstavlja grešku da elektron u trećoj kutiji naiđe na svoj antiparalelni spin s obzirom na ostale.

Stoga se može sažeti da je temeljno stanje atoma ono koje se pridržava pravila Hunda, te stoga ima najstabilniju elektronsku strukturu..

Teoretska i eksperimentalna osnova navodi da kada atom ima elektrone s većim brojem nesparenih i paralelnih spinova, on se stabilizira kao rezultat povećanja elektrostatskih interakcija između jezgre i elektrona; povećanje koje je posljedica smanjenja učinka zaštite.

mnoštvo

Riječ 'mnogostrukost' spomenuta je na početku, ali što to znači u ovom kontekstu? Hundovo prvo pravilo kaže da je najstabilnije osnovno stanje atoma ono koje ima najveći broj multipliciteta spina; drugim riječima, onaj koji predstavlja svoje orbitale s najvećim brojem nesparenih elektrona.

Formula za izračun multipliciteta spina je

2S + 1

Gdje je S jednak broju nesparenih elektrona pomnoženih s 1/2. Dakle, s nekoliko elektroničkih struktura s jednakim brojem elektrona, 2S + 1 se može procijeniti za svaku od njih i da će s najvećom vrijednošću višestrukosti biti najstabilnija..

Višestrukost spina može se izračunati za prvu seriju orbitala s tri elektrona s njihovim nesparenim i paralelnim spinovima:

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

I mnoštvo je tada

2 (3/2) + 1 = 4

Ovo je Hundovo prvo pravilo. Najstabilnija konfiguracija također mora biti u skladu s drugim parametrima, ali za potrebe kemijskog razumijevanja nisu u potpunosti potrebni.

trening

fluor

Razmatra se samo valentni sloj, budući da se pretpostavlja da je unutarnji sloj već ispunjen elektronima. Elektronska konfiguracija fluora je prema tome [He] 2s22p5.

Prvo morate popuniti orbitalu 2s, a zatim tri p orbitale. Za punjenje orbite 2s s dva elektrona dovoljno je staviti ih na takav način da se njihovi spinovi upare.

Ostalih pet elektrona za tri orbitale od 2p raspoređeno je kako je dolje prikazano

Crvena strelica predstavlja posljednji elektron koji ispunjava orbitale. Imajte na umu da su prva tri elektrona koja ulaze u 2p orbitale smještena nesparena i paralelno sa svojim spinovima.

Zatim, od četvrtog elektrona, počinje spajati svoj spin -1/2 s drugim elektronom. Peti i posljednji elektroni nastavljaju se na isti način.

titanijum

Elektronska konfiguracija titana je [Ar] 3d24s2. Budući da postoji pet d orbitala, predlaže se početak s lijeve strane:

Ovoga puta prikazano je punjenje orbite 4s. Budući da u 3d orbitalama postoje samo dva elektrona, gotovo da nema problema ili zbunjenosti kada ih stavite sa svojim nesparenim i paralelnim spinovima (plave strelice).

željezo

Drugi primjer, i konačno, je željezo, metal koji ima više elektrona u svojim orbitalima od titana. Njegova elektronička konfiguracija je [Ar] 3d64s2.

Da nije bilo Hundovog pravila i Paulijevog principa isključenja, ne bi bilo poznato kako se takvih šest elektrona rasporediti u njegovih pet orbitala..

Iako se može činiti lakim, bez ovih pravila mogu nastati mnoge pogrešne mogućnosti u odnosu na redoslijed ispunjavanja orbitala.

Zahvaljujući tome, logično je i jednolično napredovanje zlatne strelice, koja nije veća od posljednjeg elektrona koji je smješten u orbitale.

reference

  1. Serway i Jewett. (2009). Fizika: za znanost i inženjerstvo s modernom fizikom. Svezak 2. (Sedmo izdanje). Cengage učenje.
  2. Glasstone. (1970). Udžbenik fizikalne kemije. u Kemijska kinetika. Drugo izdanje. D. Van Nostrand, Company, Inc..
  3. Méndez A. (21. ožujka 2012.). Hundovo pravilo. Preuzeto s: quimica.laguia2000.com
  4. Wikipedia. (2018.). Hundovo pravilo maksimalne mnogostrukosti. Preuzeto s: en.wikipedia.org
  5. Kemija LibreTexts. (23. kolovoza 2017.) Hundova pravila Preuzeto s: chem.libretexts.org
  6. Brod R. (2016). Hundova pravila Preuzeto s: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu