Čo je Hund pravidlo alebo princíp maximálnej multiplicity?



Pravidlo Hund alebo zásada maximálnej multiplicity empiricky stanovuje, ako degenerované orbitálne elektróny musia zaberať energiu. Toto pravidlo, ako to naznačuje jeho jediný názov, pochádza od nemeckého fyzika Friedricha Hunda v roku 1927 a odvtedy je veľmi užitočné v kvantovej a spektroskopickej chémii.

V kvantovej chémii sa skutočne používajú tri Hundove pravidlá; prvý je však najjednoduchší pre základné pochopenie toho, ako elektronicky štruktúrovať atóm. 

Hundovo prvé pravidlo, maximálne pravidlo, je nevyhnutné na pochopenie elektronických konfigurácií prvkov; určuje, v akom poradí elektrónov v orbitaloch musí byť vytvorenie atómu (iónu alebo molekuly) s vyššou stabilitou.

Na hornom obrázku sú zobrazené napríklad štyri série elektronických konfigurácií; boxy predstavujú orbitály a čierne šípky elektróny.

Prvá a tretia séria zodpovedajú správnym spôsobom objednávania elektrónov, zatiaľ čo druhá a štvrtá séria naznačujú, ako by sa elektróny nemali umiestňovať do orbitálov.

index

  • 1 Poriadok vypĺňania orbitálov podľa pravidla Hunda
    • 1.1 Spojenie otočení
    • 1.2 Paralelné a antiparalelné otáčania
  • 2 Násobnosť
  • 3 Cvičenia
    • 3.1 Fluór
    • 3.2 Titán
    • 3.3 Železo
  • 4 Odkazy

Poradie vypĺňania orbitálov podľa pravidla Hunda

Hoci sa neuvádzajú žiadne ďalšie dve pravidlá Hundu, pri správnom vykonaní poradia plnenia sa tieto tri pravidlá implicitne uplatňujú súčasne..

Čo majú spoločná prvá a tretia séria orbitálov? Prečo sú správne? Na začiatok, každý orbitál môže len "držať" dva elektróny, čo je dôvod, prečo je prvý box kompletný. Výplň musí teda pokračovať tromi boxmi alebo orbitálmi vpravo.

Spinové párovanie

Každá škatuľa prvej série má šípku smerujúcu nahor, ktorá symbolizuje tri elektróny s výkyvmi rovnakého smeru. Keď smerujete nahor, znamená to, že jeho spiny majú hodnotu +1/2, a ak smerujú dole, ich spiny budú mať hodnoty -1/2.

Všimnite si, že tri elektróny zaujímajú rôzne orbitály, ale s nepárové točenia.

V tretej sérii sa šiesty elektrón nachádza so spinom v opačnom smere, -1/2. Toto nie je prípad štvrtej série, kde tento elektrón vstupuje do orbitálu so spinom +1/2.

A tak budú mať obidva elektróny, podobne ako tie prvého orbitálu, svoje spárované (jeden s rotáciou +1/2 a druhý s rotáciou -1/2).

Štvrtá séria boxov alebo orbitálov porušuje Pauliho princíp vylúčenia, ktorý uvádza, že žiadny elektrón nemôže mať rovnaké štyri kvantové čísla. Vláda Hunda a princíp vylúčenia Pauliho vždy idú ruka v ruke.

Preto musia byť šípy umiestnené tak, aby zostali nevybalené, až kým nezaistia všetky boxy; a potom dokončujú plnenie šípkami smerujúcimi opačným smerom.

Paralelné a antiparalelné točenia

Nestačí, že elektróny majú spiny spárované: musia byť tiež paralelné. Toto pri znázornení škatúľ a šípov je zaručené umiestnením týchto koncov s ich koncami rovnobežne k sebe.

Druhá séria predstavuje chybu, že elektrón v treťom boxe naráža na svoju spinovú antiparalelitu voči ostatným.

Možno teda zhrnúť, že základný stav atómu je ten, ktorý dodržiava pravidlá Hundu, a preto má najstabilnejšiu elektronickú štruktúru..

Teoretický a experimentálny základ uvádza, že keď atóm má elektróny s väčším počtom nepárových a paralelných spinov, stabilizuje sa v dôsledku zvýšenia elektrostatických interakcií medzi jadrom a elektrónmi; zvýšenie, ktoré je spôsobené poklesom ochranného efektu.

mnohorakosť

Slovo „multiplicita“ bolo spomenuté na začiatku, ale čo to znamená v tomto kontexte? Hundovo prvé pravidlo uvádza, že najstabilnejší základný stav pre atóm je ten, ktorý má najväčší počet spinových multiplicít; inými slovami, ten, ktorý predstavuje svoje orbitály s najvyšším počtom nepárových elektrónov.

Vzorec na výpočet násobnosti rotácie je

2S + 1

Kde S sa rovná počtu nepárových elektrónov vynásobených 1/2. Teda s viacerými elektronickými štruktúrami s rovnakým počtom elektrónov možno 2S + 1 odhadnúť pre každú z nich a tá s najvyššou hodnotou multiplicity bude najstabilnejšia..

Multiplicita rotácie sa môže vypočítať pre prvú sériu orbitálov s tromi elektrónmi s ich nepárovými a paralelnými spinmi:

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

A násobnosť je potom

2 (3/2) + 1 = 4

Toto je Hundovo prvé pravidlo. Najstabilnejšia konfigurácia musí tiež spĺňať iné parametre, ale na účely chemického chá- pania nie sú úplne nevyhnutné.

výcvik

fluór

Do úvahy sa berie len valenčná vrstva, pretože sa predpokladá, že vnútorná vrstva je už naplnená elektrónmi. Elektronická konfigurácia fluóru je teda [He] 2s22p5.

Musíte vyplniť orbitál 2s a potom tri p orbitály. Pre vyplnenie orbitálu 2s dvoma elektrónmi stačí ich umiestniť takým spôsobom, aby ich spiny boli spárované..

Ďalších päť elektrónov pre tri 2p orbitály je usporiadaných tak, ako je znázornené nižšie

Červená šípka predstavuje posledný elektrón, ktorý vypĺňa orbitály. Všimnite si, že prvé tri elektróny, ktoré vstupujú do 2p orbitálov, sú umiestnené nepárovo as ich výkyvmi paralelne.

Ďalej, od štvrtého elektrónu, začne párovať svoj spin -1/2 s druhým elektrónom. Piaty a posledný elektrón postupuje rovnakým spôsobom.

titán

Elektronická konfigurácia titánu je [Ar] 3d24s2. Keďže existuje päť d orbitálov, odporúča sa začať od ľavej strany:

Tentokrát bolo znázornené vyplnenie orbitálu 4s. Keďže v 3D orbitaloch sú len dva elektróny, pri ich umiestnení s ich nepárovanými a paralelnými otočeniami (modré šípky) nie je takmer žiadny problém ani zmätok.

železo

Ďalším príkladom je nakoniec železo, kov, ktorý má vo svojich orbitaloch viac elektrónov ako titán. Jeho elektronická konfigurácia je [Ar] 3d64s2.

Ak by to nebolo pre Hundovo pravidlo a Pauliho princíp vylúčenia, nebolo by známe, ako disponovať týmito šiestimi elektrónmi v jeho piatich orbitáloch..

Hoci sa to môže zdať jednoduché, bez týchto pravidiel by mohli vzniknúť mnohé zlé možnosti, pokiaľ ide o poradie vypĺňania orbitálov.

Vďaka nim je logické a monotónne postupovanie zlatou šípkou, ktorá nie je viac ako posledný elektrón, ktorý je umiestnený v orbitáliách..

referencie

  1. Serway & Jewett. (2009). Fyzika: pre vedu a techniku ​​s modernou fyzikou. Zväzok 2. (siedme vydanie). Cengage Učenie.
  2. Glasstone. (1970). Učebnica fyzikálnej chémie. v Chemická kinetika. Druhé vydanie. D. Van Nostrand, Company, Inc.
  3. Méndez A. (21. marca 2012). Hundovo pravidlo. Zdroj: quimica.laguia2000.com
  4. Wikipedia. (2018). Hundovo pravidlo maximálnej multiplicity. Zdroj: en.wikipedia.org
  5. Chémia LibreTexts. (23. augusta 2017). Pravidlá Hundovho poriadku Zdroj: chem.libretexts.org
  6. Ship R. (2016). Pravidlá Hundovho poriadku Zdroj: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu