HUND NOTEIKUMS VAI MAKSIMĀLĀS DAUDZKĀRTĪBAS PRINCIPS - ĶĪMIJA - 2025

Hund 's noteikums maksimālās daudzveidības principu vai arī noteikts, empīriski, kā aizņemt orbītas elektroni izvirst enerģiju. Šis noteikums, kā to jau norāda nosaukums, 1927. gadā nāca no vācu fiziķa Frīdriha Hunda, un kopš tā laika tas ir bijis ļoti noderīgs kvantu un spektroskopiskajā ķīmijā.

Kvantu ķīmijā faktiski tiek piemēroti trīs Hunda noteikumi; tomēr pirmais ir visvienkāršākais pamata izpratnei par to, kā elektroniski strukturēt atomu.

Avots: Gabriel Bolívar

Hund pirmais noteikums, kas paredz maksimālu pavairotību, ir būtisks, lai izprastu elementu elektroniskās konfigurācijas; nosaka elektronu secību orbitālēs, lai ģenerētu atomu (jonu vai molekulu) ar lielāku stabilitāti.

Piemēram, iepriekš redzamajā attēlā redzamas četras elektronu konfigurāciju sērijas; kastes apzīmē orbitāles, un melnās bultiņas apzīmē elektronus.

Pirmā un trešā sērija atbilst pareizam elektronu secības noteikšanas veidam, savukārt otrā un ceturtā sērija norāda, kā elektronus nevajadzētu novietot orbitālēs.

Orbītas aizpildīšanas secība pēc Hunda noteikuma

Lai arī nav pieminēti pārējie divi Hunda noteikumi, pareizi izpildot aizpildīšanas rīkojumu, netieši tiek piemēroti šie trīs noteikumi vienlaikus.

Kāda kopīga ir attēla orbitāļu pirmā un trešā sērija? Kāpēc viņi ir pareizi? Iesācējiem katra orbīta var "novietot" tikai divus elektronus, tāpēc pirmā kaste ir pabeigta. Tāpēc uzpilde jāturpina ar trim lodziņiem vai orbitāli labajā pusē.

Spin pārošanās

Katrā pirmās sērijas lodziņā ir bultiņa, kas vērsta uz augšu, kas simbolizē trīs elektronus ar griešanos vienā virzienā. Norādot uz augšu, tas nozīmē, ka to griezienu vērtībai ir +1/2, un, ja tie ir vērsti uz leju, to griezieniem būs vērtība -1/2.

Ņemiet vērā, ka trīs elektroni aizņem dažādas orbitāles, bet ar nepāra griezieniem.

Trešajā sērijā sestais elektrons atrodas ar griešanos pretējā virzienā, -1/2. Tas neattiecas uz ceturto sēriju, kur šis elektrons nonāk orbitālē ar griešanos +1/2.

Un tā, abiem elektroniem, tāpat kā pirmās orbitāles, griezieni būs sapāroti (vienam ar griezienu +1/2, otram ar griezienu -1/2).

Ceturtā kārbu vai orbitāļu sērija pārkāpj Pauli izslēgšanas principu, kas nosaka, ka nevienam elektronam nevar būt vienādi četri kvantu skaitļi. Hund noteikums un Pauli izslēgšanas princips vienmēr iet roku rokā.

Tāpēc bultiņas jānovieto tā, lai tās nebūtu savienotas pārī, līdz tās aizņem visas kastes; un tūlīt pēc tam tos pabeidz ar bultiņām, kas vērstas pretējā virzienā.

Paralēli un antiparalēli griezieni

Nepietiek ar to, ka elektronu griezieni ir savienoti pārī: tiem jābūt arī paralēliem. Tas lodziņu un bultu attēlojumā tiek garantēts, novietojot pēdējos ar galiem paralēli viens otram.

Otrajā sērijā tiek parādīta kļūda, ka trešajā lodziņā esošais elektrons pretparalēlā izteiksmē saskan ar tā griešanos attiecībā pret pārējiem.

Tādējādi var rezumēt, ka atoma pamata stāvoklis ir tāds, kas ievēro Huna noteikumus, un tāpēc tam ir visstabilākā elektroniskā struktūra.

Teorētiskā un eksperimentālā bāze apstiprina, ka tad, kad atomā ir elektroni ar lielāku nepāra un paralēlu griezumu skaitu, tas stabilizējas, palielinoties kodola un elektronu elektrostatiskajai mijiedarbībai; pieaugums, kas ir saistīts ar ekranēšanas efekta samazināšanos.

Daudzkārtība

Vārds “daudzveidība” tika pieminēts sākumā, bet ko tas nozīmē šajā kontekstā? Hund pirmais noteikums nosaka, ka visstabilākais atoma pamata stāvoklis ir tāds, kurā ir vislielākais griešanās reizinājuma skaits; citiem vārdiem sakot, tas, kurš uzrāda savas orbitāles ar vislielāko nesapāroto elektronu skaitu.

Spina daudzkārtības aprēķināšanas formula ir

2S + 1

Kur S ir vienāds ar nepāra elektronu skaitu, kas reizināts ar 1/2. Tādējādi, ja ir vairākas elektroniskas struktūras ar vienādu elektronu skaitu, 2S + 1 var novērtēt katrai no tām, un tā, kurai ir visaugstākā reizināšanas vērtība, būs visstabilākā.

Jūs varat aprēķināt griešanās reizinājumu pirmajai orbitāļu sērijai ar trim elektroniem, kuru griezieni ir nepārspējami un paralēli:

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

Un daudzkārtība tad ir

2 (3/2) + 1 = 4

Šis ir pirmais Hunde noteikums. Stabilākajai konfigurācijai jāatbilst arī citiem parametriem, taču ķīmiskās izpratnes nolūkos tie nav pilnīgi nepieciešami.

Vingrinājumi

Fluors

Tiek ņemts vērā tikai valences apvalks, jo tiek pieņemts, ka iekšējais apvalks jau ir piepildīts ar elektroniem. Tādēļ fluora elektronu konfigurācija ir 2s ² 2p ⁵ .

Vispirms jāaizpilda 2s orbitāle un pēc tam trīs p orbitāles. Lai piepildītu 2s orbitāli ar diviem elektroniem, pietiek ar to, lai tos novietotu tā, lai to griezieni būtu savienoti pārī.

Pārējie pieci elektroni trīs 2p orbitālēs ir sakārtoti, kā parādīts zemāk.

Avots: Gabriel Bolívar

Sarkanā bultiņa apzīmē pēdējo elektronu, kas piepilda orbitāles. Ņemiet vērā, ka pirmie trīs elektroni, kas nonāk 2p orbitālēs, ir sapāroti un ar to griezumiem ir paralēli.

Tad no ceturtā elektrona tas sāk sapārot spin -1/2 ar otru elektronu. Piektais un pēdējais elektrons darbojas tādā pašā veidā.

Titāns

Titāna elektronu konfigurācija ir 3d ² 4s ² . Tā kā ir piecas d orbitāles, ieteicams sākt no kreisās malas:

Avots: Gabriel Bolívar

Šoreiz tika parādīta 4s orbītas piepildīšana. Tā kā 3d orbitālēs ir tikai divi elektroni, ievietojot tos ar nesapārotiem un paralēliem griezieniem (zilas bultiņas), gandrīz nav problēmu vai neskaidrību.

Dzelzs

Vēl viens piemērs, visbeidzot, ir dzelzs, metāls, kura d orbitālē ir vairāk elektronu nekā titāna. Tā elektronu konfigurācija ir 3d ⁶ 4s ² .

Ja tas nebūtu par Hunda likumu un Paulu izslēgšanas principu, mēs nezinātos, kā sakārtot šādus sešus elektronus viņu piecās d orbitālēs.

Avots: Gabriel Bolívar

Lai arī tas var šķist viegli, bez šiem noteikumiem var rasties daudzas nepareizas iespējas attiecībā uz orbitāļu aizpildīšanas kārtību.

Pateicoties tiem, zelta bultiņas virzība ir loģiska un vienmuļa, kas ir nekas cits kā pēdējais elektrons, kas tiek ievietots orbitālēs.

Atsauces

1. Serverss un Jewett. (2009). Fizika: zinātnei un inženierijai ar mūsdienu fiziku. 2. sējums (septītais izdevums). Cengage mācīšanās.
2. Glasstone. (1970). Fizikālās ķīmijas mācību grāmata. Ķīmiskajā kinētikā. Otrais izdevums. D. Van Nostrand, Company, Inc.
3. Menēzs A. (2012. gada 21. marts). Hund's noteikums. Atgūts no: quimica.laguia2000.com
4. Wikipedia. (2018). Hund maksimālās daudzkārtības noteikums. Atgūts no: en.wikipedia.org
5. Ķīmija LibreTexts. (2017. gada 23. augusts). Hunda noteikumi. Atgūts no: chem.libretexts.org
6. Nave R. (2016). Hunda noteikumi. Atgūts no: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu