Kas ir Hunda noteikums vai maksimālās daudzveidības princips?



The Hundu noteikums vai maksimālās daudzveidības princips empīriski nosaka, kā degenerētajiem orbitālajiem elektroniem jāieņem enerģija. Šis noteikums, kā to norāda vienīgais vārds, nāk no vācu fiziķa Frīdriha Hunda, 1927. gadā, un kopš tā laika tas ir bijis ļoti noderīgs kvantu un spektroskopijas ķīmijā..

Kvantu ķīmijā ir patiešām trīs Hunda noteikumi; tomēr pirmais ir vienkāršākais pamatzināšanas par atomu elektronisko struktūru. 

Hundas pirmais noteikums - maksimālais daudzums - ir būtisks, lai izprastu elementu elektroniskās konfigurācijas; nosaka, kāda ir elektronu secība orbitālajās vietās, lai radītu lielāku stabilitāti atomu (jonu vai molekulu).

Piemēram, augšējā attēlā ir redzamas četras elektronisko konfigurāciju sērijas; kastes attēlo orbītas, un melnās bultiņas - elektronus.

Pirmā un trešā sērija atbilst pareizajiem elektronu pasūtīšanas veidiem, bet otrā un ceturtā sērija norāda, kā elektronus nedrīkst novietot orbitālēs.

Indekss

  • 1 Orbītu aizpildīšanas kārtība saskaņā ar Hunda noteikumu
    • 1.1. Spins
    • 1.2. Paralēlās un pretparalēles spins
  • 2 Daudzkārtība
  • 3 Vingrinājumi
    • 3.1. Fluors
    • 3.2 Titāns
    • 3.3 Dzelzs
  • 4 Atsauces

Orbītu aizpildīšanas kārtība saskaņā ar Hunda noteikumu

Lai gan nav minēti pārējie divi Hunda noteikumi, pareizi aizpildot aizpildīšanas secību, netieši piemēro šos trīs noteikumus vienlaicīgi..

Ko kopīgi ir pirmais un trešais orbītu sērija? Kāpēc tie ir pareizi? Vispirms katrs orbitāls var tikai "turēt" divus elektronus, tāpēc pirmais lodziņš ir pabeigts. Tāpēc pildījumam jāturpina ar trīs kastēm vai orbitālēm pa labi.

Spin pārī

Katrai pirmās sērijas kastei ir bultiņa, kas vērsta uz augšu, kas simbolizē trīs elektronus ar viena un tā paša virziena griezieniem. Rādot uz augšu, tas nozīmē, ka tā centrifūgām ir vērtība +1/2, un, ja tās norāda uz leju, to griezieniem būs vērtības -1/2.

Ņemiet vērā, ka trīs elektroni aizņem dažādas orbītas, bet ar nepārspēts.

Trešajā sērijā sestais elektrons atrodas ar vērpšanu pretējā virzienā, -1/2. Tas neattiecas uz ceturto sēriju, kur šis elektrons iekļūst orbitālajā virzienā ar spriegumu +1/2.

Un tā, abiem elektroniem, tāpat kā pirmajiem orbitāliem, būs savs pārī spins (viens ar spin +1/2 un viens ar spin -1/2).

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

Tāpēc bultiņas jānovieto tā, lai tās paliktu nesaspiestas, līdz tās aizņem visas kastes; un pēc tam tās aizpilda ar bultiņām, kas vērstas pretējā virzienā.

Paralēlās un pretparalēles spins

Nepietiek ar to, ka elektroniem ir savi centri: tiem jābūt arī paralēli. Tas kastu un bultu attēlojumā tiek garantēts, novietojot pēdējos paralēli vienam otram.

Otrajā sērijā ir parādīta kļūda, ko elektrons trešajā lodziņā saskaras ar spin pretparalēli attiecībā pret citiem.

Tādējādi var apkopot, ka atoma pamatstāvoklis ir tāds, kas pakļaujas Hunda noteikumiem, un tāpēc tam ir visstabilākā elektroniskā struktūra.

Teorētiskā un eksperimentālā bāze nosaka, ka, kad atoms satur elektronus ar lielāku skaitu nesalīdzināto un paralēlo griezienu, tas stabilizējas, palielinoties elektrostatiskajām mijiedarbībām starp kodolu un elektroniem; palielinājums, kas saistīts ar pasargājošā efekta samazināšanos.

Daudzveidība

Vārds „daudzveidība” tika minēts jau sākumā, bet ko tas nozīmē šajā kontekstā? Hundas pirmais noteikums nosaka, ka visstabilākais atoma stāvoklis ir tas, kam ir vislielākais spinēšanas daudzums; citiem vārdiem sakot, tas, kurš uzrāda orbītas ar visaugstāko nesavienoto elektronu skaitu.

Formula, lai aprēķinātu spin daudzveidību, ir

2S + 1

Ja S ir vienāds ar nesalīdzināto elektronu skaitu, kas reizināts ar 1/2. Tādējādi, ja ir vairākas elektroniskas struktūras ar tādu pašu elektronu skaitu, var novērtēt 2S + 1 katrai no tām un ka visaugstākā vērtība būs visstabilākā.

Centrifūgas daudzveidību var aprēķināt pirmajai orbitāļu sērijai ar trim elektroniem ar to nesalīdzinātiem un paralēliem griezieniem:

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

Un tad daudzveidība ir

2 (3/2) + 1 = 4

Tas ir Hundas pirmais noteikums. Visstabilākajai konfigurācijai jāatbilst arī citiem parametriem, bet ķīmiskās izpratnes nolūkos tas nav pilnībā nepieciešams.

Vingrinājumi

Fluors

Tiek ņemts vērā tikai valences slānis, jo tiek pieņemts, ka iekšējais slānis jau ir piepildīts ar elektroniem. Tādēļ fluora elektroniskā konfigurācija ir [He] 2s22p5.

Jums vispirms jāaizpilda 2s orbitālā un pēc tam trīs p orbitāli. Lai 2s orbitāli aizpildītu ar diviem elektroniem, pietiek ar to, lai tos ievietotu tādā veidā, ka to spins ir savienots pārī.

Pārējie pieci elektroni trim 2p orbitālēm ir sakārtoti, kā parādīts tālāk

Sarkanā bultiņa ir pēdējais elektrons, kas aizpilda orbītas. Ņemiet vērā, ka pirmie trīs elektroni, kas ienāk 2p orbitātēs, tiek novietoti nesalīdzināmi un ar to griezieniem paralēli.

Tālāk, no ceturtā elektrona, tas sāk savienot spin -1/2 ar citu elektronu. Piektais un pēdējais elektrons notiek tādā pašā veidā.

Titāns

Titāna elektroniskā konfigurācija ir [Ar] 3d24s2. Tā kā ir pieci d orbitāli, ieteicams sākt no kreisās puses:

Šoreiz tika parādīta 4s orbitāla piepildīšana. Tā kā 3d orbitālos ir tikai divi elektroni, gandrīz nekādas problēmas vai neskaidrības, novietojot tās ar nesalīdzinātiem un paralēliem griezieniem (zilas bultas).

Dzelzs

Vēl viens piemērs, un visbeidzot, ir dzelzs, metāls, kuram ir vairāk elektronu orbitālos nekā titāns. Tā elektroniskā konfigurācija ir [Ar] 3d64s2.

Ja tas nebūtu par Hunda likumu un Pauli izslēgšanas principu, nebūtu zināms, kā atbrīvoties no šādiem sešiem elektroniem piecos orbitālos..

Lai gan tas var šķist viegli, bez šiem noteikumiem varētu rasties daudzas nepareizas iespējas attiecībā uz orbītu aizpildīšanas secību.

Pateicoties tiem, tas ir loģisks un monotons zelta bultas virzienā, kas nav vairāk kā pēdējais elektrons, kas novietots orbitālēs.

Atsauces

  1. Serway & Jewett. (2009). Fizika: zinātnei un inženierzinātnei ar mūsdienu fiziku. 2. sējums (septītais izdevums). Cengage mācīšanās.
  2. Glasstone. (1970). Fizikālās ķīmijas mācību grāmata. In Ķīmiskā kinētika. Otrais izdevums. D. Van Nostrand, Company, Inc.
  3. Méndez A. (2012. gada 21. marts). Hunda noteikums. Saturs iegūts no: quimica.laguia2000.com
  4. Vikipēdija. (2018). Hundas maksimālais daudzums. Saturs iegūts no: en.wikipedia.org
  5. Ķīmija LibreTexts. (2017. gada 23. augusts). Hunda noteikumi Saturs iegūts no: chem.libretexts.org
  6. Kuģis R. (2016). Hunda noteikumi Saturs iegūts no: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu