HUNDREGEL ELLER PRINCIP FÖR MAXIMAL MÅNGFALD - KEMI - 2026

Den Hund : s styre maximal mångfald eller princip etablerat, empiriskt, hur man ockupera orbital elektroner urarta till energi. Denna regel, som namnet bara antyder, kom från den tyska fysikern Friedrich Hund 1927, och sedan dess har den varit till stor nytta i kvant- och spektroskopisk kemi.

Det finns faktiskt tre Hunds regler som tillämpas i kvantkemi; emellertid är den första den enklaste för den grundläggande förståelsen för hur man elektroniskt strukturerar en atom.

Källa: Gabriel Bolívar

Hunds första regel, den för maximal mångfald, är avgörande för att förstå de elektroniska konfigurationerna av elementen; fastställer vilken ordning av elektronerna i orbitalerna måste vara för att generera en atom (jon eller molekyl) med större stabilitet.

Till exempel visar bilden ovan fyra serier av elektronkonfigurationer; rutorna representerar orbitalerna, och de svarta pilarna representerar elektronerna.

Den första och tredje serien motsvarar korrekta sätt att ordna elektronerna, medan den andra och fjärde serien indikerar hur elektronerna inte ska placeras i orbitalerna.

Orbital fyllningsorder enligt Hunds regel

Även om det inte nämns de andra två Hund-reglerna, använder korrekt utfyllning av ordern implicit dessa tre regler samtidigt.

Vad har den första och tredje serien av orbitaler i bilden gemensamt? Varför är de korrekta? Till att börja med kan varje omloppsbana bara "hysa" två elektroner, varför den första rutan är klar. Fyllningen måste därför fortsätta med de tre rutorna eller orbitalerna till höger.

Spinnparning

Varje ruta i den första serien har en pil som pekar uppåt, som symboliserar tre elektroner med snurr i samma riktning. När de pekar uppåt betyder det att deras snurr har ett värde på +1/2, och om de pekar ner kommer deras snurr att ha värden -1/2.

Observera att de tre elektronerna upptar olika orbitaler, men med oparade snurr.

I den tredje serien ligger den sjätte elektron med en snurr i motsatt riktning, -1/2. Detta är inte fallet för den fjärde serien, där denna elektron går in i kretsloppet med en rotation på +1/2.

Och så kommer de två elektronerna, liksom de från den första kretsloppet, att ha sina snurrar ihopkopplade (en med snurra +1/2 och den andra med snurra -1/2).

Den fjärde serien med lådor eller orbitaler bryter mot Pauli-uteslutningsprincipen, som säger att ingen elektron kan ha samma fyra kvantantal. Hunds regel och Paulis uteslutningsprincip går alltid hand i hand.

Därför bör pilarna placeras på ett sådant sätt att de är uppkopplade tills de upptar alla lådor; och omedelbart efteråt avslutas de med pilarna som pekar i motsatt riktning.

Parallella och antiparallella snurr

Det räcker inte att elektroner har sina snurr ihopkopplade: de måste också vara parallella. Detta i representationen av lådor och pilar garanteras genom att placera de senare med sina ändar parallella med varandra.

Den andra serien presenterar felet att elektronen i den tredje rutan möter sin snurr i antiparallell mening med avseende på de andra.

Således kan det sammanfattas att grundatillståndet för en atom är en som följer Hunds regler och därför har den mest stabila elektroniska strukturen.

Den teoretiska och experimentella grunden säger att när en atom har elektroner med ett större antal oparade och parallella snurr, stabiliseras den till följd av en ökning av de elektrostatiska interaktionerna mellan kärnan och elektronerna; ökning som beror på minskningen av skärmningseffekten.

Mångfald

Ordet 'mångfald' nämndes i början, men vad betyder det i detta sammanhang? Hunds första regel fastställer att det mest stabila marktillståndet för en atom är den som uppvisar ett större antal spinnmultiplikitet; med andra ord den som presenterar sina orbitaler med det högsta antalet oparade elektroner.

Formeln för att beräkna multipliciteten på rotationen är

2S + 1

Där S är lika med antalet oparade elektroner multiplicerat med 1/2. Således, med flera elektroniska strukturer med samma antal elektroner, kan 2S + 1 uppskattas för var och en och den med det högsta multiplicitetsvärdet kommer att vara det mest stabila.

Du kan beräkna multiplikationen av snurret för den första serien av orbitaler med tre elektroner med sina snurr unika sidor och parallella:

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

Och mångfalden är då

2 (3/2) + 1 = 4

Detta är Hunds första regel. Den mest stabila konfigurationen måste också uppfylla andra parametrar, men för kemisk förståelse är de inte helt nödvändiga.

övningar

Fluor

Endast valensskalet beaktas, eftersom det antas att det inre skalet redan är fyllt med elektroner. Elektronkonfigurationen för fluor är därför 2s ² 2p ⁵ .

En 2: s orbital måste fyllas först och sedan tre p orbitaler. För att fylla 2-talets kretslopp med de två elektronerna räcker det att placera dem på ett sådant sätt att deras snurr är parade.

De övriga fem elektronerna för de tre 2p-orbitalerna är anordnade såsom illustreras nedan.

Källa: Gabriel Bolívar

Den röda pilen representerar den sista elektronen som fyller orbitalerna. Observera att de första tre elektronerna som kommer in i 2p-orbitalerna placeras oparade och med sina snurrar parallella.

Sedan börjar den från den fjärde elektronen koppla ihop sin snurr -1/2 med den andra elektronen. Den femte och sista elektron fortsätter på samma sätt.

Titanium

Elektronkonfigurationen av titan är 3d ² 4s ² . Eftersom det finns fem d orbital föreslås det att starta på vänster sida:

Källa: Gabriel Bolívar

Den här gången visades fyllningen av 4-talsbanan. Eftersom det bara finns två elektroner i 3d-orbitalerna, finns det nästan inget problem eller förvirring när du placerar dem med sina oparade och parallella snurr (blå pilar).

Järn

Ett annat exempel och slutligen är järn, en metall som har fler elektroner i sina orbital än titan. Dess elektronkonfiguration är 3d ⁶ 4s ² .

Om det inte var för Hunds regel och Pauli-uteslutningsprincipen, skulle vi inte veta hur vi skulle ordna sådana sex elektroner i deras fem d orbital.

Källa: Gabriel Bolívar

Även om det kan tyckas enkelt, utan dessa regler kan många felaktiga möjligheter uppstå vad gäller ordningen att fylla orbitalerna.

Tack vare dessa är den gyllene pilens framsteg logisk och monoton, vilket är inget annat än den sista elektron som placeras i orbitalerna.

referenser

1. Serway & Jewett. (2009). Fysik: för vetenskap och teknik med modern fysik. Volym 2. (Sjunde upplagan). Cengage Learning.
2. Glasstone. (1970). Lärobok för fysisk kemi. Inom kemisk kinetik. Andra upplagan. D. Van Nostrand, Company, Inc.
3. Méndez A. (21 mars 2012). Hunds regel. Återställd från: quimica.laguia2000.com
4. Wikipedia. (2018). Hunds regel om maximal mångfald. Återställd från: en.wikipedia.org
5. Kemi LibreTexts. (23 augusti 2017). Hunds regler. Återställd från: chem.libretexts.org
6. Nave R. (2016). Hunds regler. Återställdes från: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu