Mis on Hundi reegel või maksimaalse mitmekesisuse põhimõte?



The Hundi reegel või maksimaalse mitmekesisuse põhimõte kehtestab empiiriliselt, kuidas degenereerunud orbitaalelektronid peavad hõivama energiat. See reegel, nagu tema ainus nimi näitab, pärines 1927. aastal Saksa füüsikust Friedrich Hundist ja on sellest ajast alates olnud väga kasulik kvant- ja spektroskoopias..

Kvantkeemias on tõepoolest kolm Hundi reeglit; Esimene neist on kõige lihtsam põhi mõistmiseks, kuidas aatomit elektrooniliselt struktureerida. 

Hundi esimene reegel, mis on maksimaalne mitmekesisus, on oluline elementide elektrooniliste konfiguratsioonide mõistmiseks; selgitab välja, milline on elektronide järjekord orbitaalides, et tekitada suurem stabiilsus aatom (ioon või molekul).

Näiteks on ülemisel pildil näidatud neli rida elektroonilisi konfiguratsioone; kastid esindavad orbitaale ja mustad nooled elektronid.

Esimene ja kolmas seeria vastavad elektronide korrektsele tellimise viisile, samas kui teine ​​ja neljas rida näitavad, kuidas elektrone ei tohiks orbitaalidesse paigutada.

Indeks

  • 1 Orbitaalide täitmise järjekord vastavalt Hundi reeglile
    • 1.1 Spinide paaritumine
    • 1.2 Paralleelsed ja paralleelsed keerutused
  • 2 Mitmekesisus
  • 3 Harjutused
    • 3.1 Fluor
    • 3.2 Titaan
    • 3.3 Raud
  • 4 Viited

Orbitaalide täitmise kord vastavalt Hundi reeglile

Ehkki Hundi ülejäänud kahte reeglit ei mainita, täidab täitmisjärjestus õigesti nende kolme reeglit kaudselt samal ajal.

Mida on ühel esimesel ja kolmandal orbitaalide seerial? Miks nad on õiged? Kõigepealt võib iga orbiidil olla ainult kaks elektroni, mistõttu esimene kast on valmis. Täitmine peab seega jätkuma parempoolsete kolme kasti või orbitaaliga.

Spin paire

Esimese seeria igal kastil on ülespoole suunatud nool, mis sümboliseerib kolme elektroni sama suunas. Ülespoole suunates tähendab see, et selle keerdudel on väärtus +1/2 ja kui nad osutavad alla, on nende keerdudel väärtused -1/2.

Pange tähele, et need kolm elektroni asuvad erinevates orbitaalides, kuid paaritu keerutab.

Kolmandas seerias paikneb kuuendas elektronis spin vastupidises suunas, -1/2. See ei ole nii neljanda seeria puhul, kus see elektron siseneb orbiidile +1/2 spiniga.

Ja nii on neil kahel elektronil, nagu esimese orbitaalil, oma seotud keerutab (üks spin +1/2 ja üks spin -1/2).

Neljas kastide või orbitaalide rida rikub Pauli väljaarvamise põhimõtet, mis sätestab, et ühelgi elektronil ei ole sama kvantarvu. Hundi reegel ja Pauli tõrjutuse põhimõte käivad alati käsikäes.

Seetõttu tuleb nooled paigutada nii, et need jääksid lahtipakkimata, kuni nad kõik kastid ära võtavad; ja seejärel lõpetavad nad vastassuunas osutavad nooled.

Paralleelsed ja paralleelsed keerutused

Ei piisa sellest, et elektronid on omavahel seotud: need peavad olema ka paralleelsed. See on kastide ja noolte kujutamisel tagatud, asetades viimased nende otstega paralleelselt.

Teine seeria esitab vea, mida kolmandas kastis olev elektron kogeb oma spin antiparalleelselt teiste suhtes.

Seega võib kokku võtta, et aatomi põhiolukord on selline, mis järgib Hundi reegleid ja seetõttu on tal kõige stabiilsem elektrooniline struktuur.

Teoreetiline ja eksperimentaalne alus kinnitab, et kui aatomil on suurema arvu paralleelsete ja paralleelsete keerdudega elektronid, stabiliseerub see tuuma ja elektronide vaheliste elektrostaatiliste interaktsioonide suurenemise tulemusena; suurenemine, mis on tingitud varjestava efekti vähenemisest.

Mitmekesisus

Sõna „mitmekesisus” mainiti alguses, kuid mida see selles kontekstis tähendab? Hundi esimene reegel näeb ette, et aatomi kõige stabiilsem olek on see, millel on kõige suurem spinide arv; teisisõnu, see, mis esitab oma orbitaalid suurima arvu paaritu elektronide arvuga.

Tsentrifuugimise arvutusvalem on

2S + 1

Kui S on võrdne kahepoolsete elektronide arvuga, mis on korrutatud 1/2-ga. Seega võib iga elektroonilise struktuuri puhul, millel on sama arv elektrone, hinnata igaühte 2S + 1 ja kõige suurema väärtusega väärtus on kõige stabiilsem.

Tsentrifuugimise mitmekesisust saab arvutada esimese orbitaalsarja seeria jaoks, millel on kolm elektroni koos nende paralleelsete ja paralleelsete keeretega:

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

Ja mitmekesisus on siis

2 (3/2) + 1 = 4

See on Hundi esimene reegel. Kõige stabiilsem konfiguratsioon peab vastama ka muudele parameetritele, kuid keemilise arusaamise eesmärgil ei ole need täielikult vajalikud.

Harjutused

Fluor

Arvestatakse ainult valentsikihti, kuna eeldatakse, et sisemine kiht on juba täidetud elektronidega. Seetõttu on fluori elektrooniline konfiguratsioon [He] 2s22p5.

Te peate kõigepealt täitma 2s orbiidi ja seejärel kolm p orbitaali. 2s orbiidi täitmiseks kahe elektroniga piisab nende asetamisest nii, et nende spinid oleksid seotud.

Ülejäänud viis elektroni kahe 2p orbiidi jaoks on paigutatud nii, nagu on näidatud allpool

Punane nool tähistab viimast elektroni, mis täidab orbitaale. Pange tähele, et esimesed kolm elektroni, mis sisenevad 2p orbitaalidesse, paigutatakse paralleelselt ja nende keerdudega paralleelselt.

Järgmisena hakkab see neljandast elektronist siduma oma spin -1/2 teise elektroniga. Viies ja viimane elektron toimib samal viisil.

Titaan

Titaani elektrooniline konfiguratsioon on [Ar] 3d24s2. Kuna on olemas viis d orbitaali, on soovitatav alustada vasakust küljest:

Seekord näidati 4s orbiidi täitmist. Kuna 3d orbitaalides on ainult kaks elektroni, ei ole nende paaris- ja paralleelsete keeretega asetamisel peaaegu mingit probleemi või segadust (sinised nooled).

Raud

Teine näide ja lõpuks on raud, metall, millel on orbitaalides rohkem elektrone kui titaan. Selle elektrooniline konfiguratsioon on [Ar] 3d64s2.

Kui see poleks Hundi reegli ja Pauli tõrjutuse põhimõtte puhul, siis ei oleks teada, kuidas selliseid kuut elektroni oma viies orbiidis kõrvaldada..

Kuigi see võib tunduda kerge, võib ilma nende reegliteta tekkida palju valesid võimalusi orbitaalide täitmise järjekorras.

Tänu neile on see loogiline ja monotoonne kuldse noole ettepoole, mis ei ole rohkem kui viimane elektron, mis on paigutatud orbitaalidesse.

Viited

  1. Serway & Jewett. (2009). Füüsika: teaduse ja tehnika jaoks kaasaegse füüsikaga. 2. köide (seitsmes väljaanne). Cengage'i õppimine.
  2. Glasstone. (1970). Füüsilise keemia õpik. Sisse Keemiline kineetika. Teine väljaanne. D. Van Nostrand, Company, Inc.
  3. Méndez A. (21. märts 2012). Hundi reegel. Välja otsitud aadressilt: quimica.laguia2000.com
  4. Wikipedia. (2018). Hundi maksimaalne mitmekesisus. Välja otsitud andmebaasist: en.wikipedia.org
  5. Keemia LibreTexts. (23. august 2017). Hundi reeglid Välja otsitud andmebaasist: chem.libretexts.org
  6. Laev R. (2016). Hundi reeglid Välja otsitud andmebaasist: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu