HUNDREGEL ELLER PRINCIP FOR MAKSIMAL MULTIPLICITET - KEMI - 2025

The Hund 's regel om maksimal multiplicitet eller princip etableret, empirisk, hvordan at besætte orbital elektroner degenerere til energi. Denne regel, som navnet alene antyder, kom fra den tyske fysiker Friedrich Hund i 1927, og siden da har den været meget nyttig i kvante- og spektroskopisk kemi.

Der er faktisk tre Hunds regler anvendt i kvantekemi; den første er imidlertid den enkleste for den grundlæggende forståelse af, hvordan man elektronisk strukturerer et atom.

Kilde: Gabriel Bolívar

Hunds første regel, maksimal multiplikation, er vigtig for at forstå de elektroniske konfigurationer af elementerne; fastlægger, hvad ordenen af ​​elektronerne i orbitalerne skal være for at generere et atom (ion eller molekyle) med større stabilitet.

For eksempel viser billedet ovenfor fire serier med elektronkonfigurationer; kasserne repræsenterer orbitaler, og de sorte pile repræsenterer elektronerne.

Den første og tredje serie svarer til korrekte måder at arrangere elektroner på, mens den anden og fjerde serie angiver, hvordan elektroner ikke skal placeres i orbitaler.

Orbital fyldningsordre efter Hunds regel

Selvom der ikke er nævnt de to andre Hund-regler, anvender de tre regler samtidigt implicit implicit disse korrekt regler.

Hvad har den første og tredje række orbitaler på billedet til fælles? Hvorfor er de korrekte? Til at begynde med kan hver orbital kun "huse" to elektroner, hvorfor den første boks er komplet. Påfyldningen skal derfor fortsætte med de tre kasser eller orbitaler til højre.

Spin-parring

Hver boks i den første serie har en pil, der peger opad, som symboliserer tre elektroner med spins i samme retning. Når de peger op, betyder det, at deres spins har en værdi på +1/2, og hvis de peger ned, vil deres spins have værdier -1/2.

Bemærk, at de tre elektroner optager forskellige orbitaler, men med uparrede spins.

I den tredje serie er det sjette elektron placeret med en drejning i den modsatte retning, -1/2. Dette er ikke tilfældet i den fjerde serie, hvor denne elektron kommer ind i kredsløbet med en drejning på +1/2.

Og så vil de to elektroner, ligesom dem fra den første orbital, have deres spins parret (den ene med spin +1/2 og den anden med spin -1/2).

Den fjerde række kasser eller orbitaler er i strid med Pauli-udelukkelsesprincippet, som siger, at intet elektron kan have de samme fire kvanttal. Hunds regel og Paulis udstødelsesprincip går altid hånd i hånd.

Derfor skal pilene placeres på en sådan måde, at de ikke er parrede, indtil de besætter alle kasser; og umiddelbart bagefter afsluttes de med pilene, der peger i den modsatte retning.

Parallelle og antiparallelle spins

Det er ikke nok, at elektronerne har deres spins parret: de skal også være parallelle. Dette i repræsentationen af ​​kasser og pile er garanteret ved at placere sidstnævnte med deres ender parallelt med hinanden.

Den anden serie præsenterer den fejl, at elektronet i den tredje boks møder dets spin i en antiparallel forstand med hensyn til de andre.

Det kan således sammenfattes, at et atoms jordtilstand er en, der adlyder Hunds regler, og derfor har den mest stabile elektroniske struktur.

Det teoretiske og eksperimentelle grundlag siger, at når et atom har elektroner med et større antal uparrede og parallelle spins, stabiliseres det som et resultat af en stigning i de elektrostatiske interaktioner mellem kernen og elektronerne; stigning, der skyldes reduktionen af ​​afskærmningseffekten.

mangfoldighed

Ordet 'mangfoldighed' blev nævnt i starten, men hvad betyder det i denne sammenhæng? Hunds første regel fastslår, at den mest stabile jordtilstand for et atom er den, der præsenterer et større antal spin-multiplicitet; med andre ord den, der præsenterer dets orbitaler med det største antal uparrede elektroner.

Formlen til beregning af multiplikationen af ​​spin er

2S + 1

Hvor S er lig med antallet af uparrede elektroner ganget med 1/2. Ved at have flere elektroniske strukturer med det samme antal elektroner kan 2S + 1 således estimeres for hver enkelt, og den med den højeste multiplikationsværdi vil være den mest stabile.

Du kan beregne multiplikationen af ​​spin for den første serie orbitaler med tre elektroner med deres spins uden sidestykke og parallel:

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

Og mangfoldigheden er så

2 (3/2) + 1 = 4

Dette er Hunds første regel. Den mest stabile konfiguration skal også opfylde andre parametre, men med henblik på kemisk forståelse er de ikke helt nødvendige.

Øvelser

fluor

Kun valensskallen tages i betragtning, da det antages, at den inderste skal allerede er fyldt med elektroner. Elektronkonfigurationen af ​​fluor er derfor 2s ² 2p ⁵.

En 2s-orbital skal først udfyldes og derefter tre p-orbitaler. For at fylde 2'erne orbital med de to elektroner er det nok at placere dem på en sådan måde, at deres spins er parret.

De øvrige fem elektroner til de tre 2p orbitaler er arrangeret som illustreret nedenfor.

Kilde: Gabriel Bolívar

Den røde pil repræsenterer den sidste elektron, der fylder orbitaler. Bemærk, at de første tre elektroner, der kommer ind i 2p-orbitalerne er placeret uparret og med deres spins parallelle.

Derefter begynder den fra det fjerde elektron at parre sin omdrejning -1/2 med den anden elektron. Den femte og sidste elektron fortsætter på samme måde.

Titanium

Elektronkonfigurationen af ​​titan er 3d ² 4s ². Da der er fem d orbitaler, foreslås det at starte på venstre side:

Kilde: Gabriel Bolívar

Denne gang blev udfyldningen af ​​4'erne orbital vist. Da der kun er to elektroner i de 3d orbitaler, er der næsten ikke noget problem eller forvirring, når du anbringer dem med deres uparrede og parallelle spins (blå pile).

Jern

Et andet eksempel, og til sidst, er jern, et metal, der har flere elektroner i sine orbitaler end titan. Dets elektronkonfiguration er 3d ⁶ 4s ².

Hvis det ikke var for Hunds styre og Pauli-udelukkelsesprincippet, ville vi ikke vide, hvordan vi arrangerer sådanne seks elektroner i deres fem d-orbitaler.

Kilde: Gabriel Bolívar

Selvom det kan virke let, kan der uden disse regler opstå mange forkerte muligheder med hensyn til rækkefølgen af ​​orbitaler.

Takket være disse er den gyldne pil fremskridt logisk og monoton, hvilket ikke er andet end den sidste elektron, der skal placeres i orbitalerne.

Referencer

1. Serway & Jewett. (2009). Fysik: til videnskab og teknik med moderne fysik. Bind 2. (syvende udgave). Cengage Learning.
2. Glasstone. (1970). Lærebog om fysisk kemi. I kemisk kinetik. Anden version. D. Van Nostrand, Company, Inc.
3. Méndez A. (21. marts 2012). Hunds regel. Gendannes fra: quimica.laguia2000.com
4. Wikipedia. (2018). Hunds regel om maksimal multiplicitet. Gendannet fra: en.wikipedia.org
5. Kemi LibreTexts. (23. august 2017). Hunds regler. Gendannes fra: chem.libretexts.org
6. Nave R. (2016). Hunds regler. Gendannes fra: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu