ПРАВИЛО ХАНДА АБО ПРИНЦИП МАКСИМАЛЬНОЇ КРАТНОСТІ - ХІМІЯ - 2025

Hund «s правило максимальної кратності або принципу встановлено, емпірично, як зайняти орбітальні електрони вироджуються в енергію. Це правило, як випливає з його назви, походить від німецького фізика Фрідріха Гунда в 1927 році, і з тих пір воно мало велике застосування в квантовій та спектроскопічній хімії.

Насправді є три правила Гунда, застосовані в квантовій хімії; однак перший є найпростішим для основного розуміння того, як електронно структурувати атом.

Джерело: Габріель Болівар

Перше правило Гунда - максимальна кратність, є важливим для розуміння електронних конфігурацій елементів; встановлює, яким має бути впорядкування електронів на орбіталях, щоб генерувати атом (іон або молекулу) з більшою стійкістю.

Наприклад, на зображенні вище показані чотири серії електронних конфігурацій; поля представляють орбіталі, а чорні стрілки - електрони.

Перший і третій ряди відповідають правильним способам розташування електронів, тоді як другий і четвертий ряд вказують, як електрони не повинні розміщуватися на орбіталях.

Орбітальний порядок заповнення за правилом Гунда

Хоча про інші два правила Гунда не згадується, правильне виконання наказу про заповнення неявно застосовує ці три правила одночасно.

Що спільного для зображення першої та третьої серії орбіталей? Чому вони правильні? Для початківців кожна орбітальна здатна «розмістити» два електрони, через що перша коробка є повною. Тому заповнення повинно продовжуватися трьома полями або орбіталями праворуч.

Спинові спаровування

Кожен ящик першої серії має стрілку, спрямовану вгору, яка символізує три електрони зі спинами в одному напрямку. Якщо вказувати вгору, це означає, що їх спини мають значення +1/2, а якщо вони спрямовують вниз, то їх спини матимуть значення -1/2.

Зауважимо, що три електрони займають різні орбіталі, але з непарними спінами.

У третьому ряді шостий електрон розташований зі спіном у зворотному напрямку, -1/2. Це не так для четвертої серії, коли цей електрон потрапляє в орбітальну кругообіг зі спіном +1/2.

І отже, у двох електронів, як у першої орбіталі, спари будуть спінами (один зі спіном +1/2, а другий зі спіном -1/2).

Четверта серія коробок або орбіталей порушує принцип виключення Паулі, який стверджує, що жоден електрон не може мати однакові чотири квантові числа. Правління Гунда та принцип виключення Паулі завжди йдуть рука об руку.

Тому стрілки слід розміщувати таким чином, щоб вони не були парними, поки вони не займуть усі коробки; і одразу після цього вони комплектуються стрілками, спрямованими у зворотному напрямку.

Паралельні та антипаралельні віджими

Недостатньо, щоб у електронів були спінні спини: вони також повинні бути паралельними. Це в зображенні коробок і стрілок гарантується, розміщуючи останні їх кінці паралельними один одному.

У другій серії представлена ​​помилка, що електрон у третій коробці відповідає своєму спіну в антипаралельному значенні стосовно інших.

Таким чином, можна підсумувати, що основний стан атома є таким, що підкоряється правилам Гунда, і тому має найбільш стійку електронну структуру.

Теоретична та експериментальна основа стверджує, що коли в атомі є електрони з більшою кількістю непарних та паралельних спінів, він стабілізується внаслідок збільшення електростатичних взаємодій між ядром та електронами; збільшення, яке пояснюється зниженням ефекту екранування.

Множинність

Слово «множинність» згадувалося на початку, але що воно означає в цьому контексті? Перше правило Гунда встановлює, що найбільш стійким основним станом для атома є той, який представляє більшу кількість спінової кратності; Іншими словами, той, який представляє свої орбіталі з найбільшою кількістю непарних електронів.

Формула для обчислення кратності віджима є

2S + 1

Де S дорівнює кількості парних електронів, помножених на 1/2. Таким чином, маючи кілька електронних структур з однаковою кількістю електронів, 2S + 1 можна оцінити для кожної, а та, яка має найвище значення кратності, буде найбільш стабільною.

Ви можете обчислити кратність спіна для першої серії орбіталей з трьома електронами з їх спінами непарівнянними та паралельними:

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

І множинність тоді є

2 (3/2) + 1 = 4

Це перше правило Гунда. Найбільш стабільна конфігурація також повинна відповідати іншим параметрам, але для хімічного розуміння вони не зовсім необхідні.

Вправи

Фтор

Вважається лише валентна оболонка, оскільки передбачається, що внутрішня оболонка вже заповнена електронами. Отже, електронна конфігурація фтору становить 2s ² 2p ⁵ .

Орбіталу 2s потрібно заповнити спочатку, а потім три p орбіталі. Щоб заповнити орбіталю 2s двома електронами, достатньо розмістити їх таким чином, щоб їх спіни були спарені.

Інші п’ять електронів для трьох орбіталей 2p розташовані так, як показано нижче.

Джерело: Габріель Болівар

Червона стрілка являє собою останній електрон для заповнення орбіталей. Зауважимо, що перші три електрони, що входять в орбіталі 2p, розміщені неспареними і з їх спінами паралельними.

Потім, починаючи з четвертого електрона, він починає спарювати свій спін -1/2 з іншим електроном. П’ятий і останній електрон протікають однаково.

Титан

Електронна конфігурація титану 3d ² 4s ² . Оскільки на орбіталях п'ять d, рекомендується почати з лівого боку:

Джерело: Габріель Болівар

Цього разу було показано заповнення орбіти 4s. Оскільки на 3d-орбіталях є лише два електрони, при розміщенні їх своїми непарними та паралельними спинами (сині стрілки) майже не виникає проблем чи плутанини.

Залізо

Іншим прикладом, і нарешті, є залізо, метал, який має більше електронів на своїх орбіталях, ніж титан. Його електронна конфігурація 3d ⁶ 4s ² .

Якби не правило Ханда і принцип виключення Паулі, ми б не знали, як розташувати такі шість електронів на своїх п'яти d орбіталях.

Джерело: Габріель Болівар

Хоча це може здатися простим, без цих правил може виникнути багато неправильних можливостей щодо порядку заповнення орбіталей.

Завдяки їм просування золотої стрілки є логічним та монотонним, що є не що інше, як останній електрон, який розміщується на орбіталях.

Список літератури

1. Serway & Jewett. (2009). Фізика: для науки та техніки з сучасної фізики. Том 2. (Сьоме видання). Cengage Learning.
2. Глазстоун. (1970). Підручник з фізичної хімії. У хімічній кінетиці. Друге видання. D. Van Nostrand, Company, Inc.
3. Мендес А. (21 березня 2012 р.). Правило Гунда. Відновлено з: quimica.laguia2000.com
4. Вікіпедія. (2018). Правило Гунда про максимальну кратність. Відновлено з: en.wikipedia.org
5. Хімія LibreTexts. (23 серпня 2017 р.). Правила Ханда. Відновлено з: chem.libretexts.org
6. Nave R. (2016). Правила Ханда. Відновлено: гіперфізика.фі-астр.гсу.еду