Какво е правило на Хун или принцип на максимална множественост?



на Правило на хунд или принцип на максимална множественост емпирично установява как дегенерираните орбитални електрони трябва да заемат енергия. Това правило, както показва единственото му име, идва от немския физик Фридрих Хунд през 1927 г. и оттогава е много полезен в квантовата и спектроскопската химия..

В квантовата химия действително се прилагат три правила на Хунд; Първият обаче е най-простият за основното разбиране за това как да се структурира атома по електронен път. 

Първото правило на Хун, което е с максимална кратност, е от съществено значение за разбирането на електронните конфигурации на елементите; установява какъв ред на електроните в орбиталите трябва да генерира атом (йон или молекула) с по-голяма стабилност.

Например, четири серии от електронни конфигурации са показани в горното изображение; кутиите представляват орбиталите, а черните стрелки - електроните.

Първата и третата серия съответстват на правилните начини за подреждане на електроните, докато втората и четвъртата серия показват как електроните не трябва да се поставят в орбиталите..

индекс

  • 1 Ред за попълване на орбиталите според правилото на Хунд
    • 1.1 Съчетаване на завъртанията
    • 1.2 Паралелни и антипаралелни завъртания
  • 2 Кратност
  • 3 Упражнения
    • 3.1 Флуор
    • 3.2 Титан
    • 3.3 Желязо
  • 4 Препратки

Ред за попълване на орбиталите според правилото на Хунд

Въпреки че не се споменават другите две правила на Hund, с правилното изпълнение на реда за попълване се имплицитно се прилагат тези три правила едновременно.

Какво е общото между първата и третата поредица от орбитали в образа? Защо са правилни? Първо, всяка орбитална единица може само да "задържи" два електрона, поради което първата кутия е завършена. Следователно пълнежът трябва да продължи с трите кутии или орбитали отдясно.

Спин сдвояване

Всяка кутия от първата серия има стрелка нагоре, която символизира три електрона със завъртания на една и съща посока. Когато сочи нагоре, това означава, че нейните завъртания имат стойност +1/2, и ако те сочат надолу, техните завъртания ще имат стойности от -1/2.

Забележете, че трите електрона заемат различни орбитали, но с несвързани завъртания.

В третата серия шестият електрон се намира със завъртане в обратна посока, -1/2. Това не е случаят с четвъртата серия, където този електрон влиза в орбитата със завъртане на +1/2.

И така, двата електрона, като тези на първата орбита, ще имат своите сдвоени завъртания (един със завъртане +1/2 и един със завъртане -1/2).

Четвъртата поредица кутии или орбитали нарушава принципа на изключване на Паули, който гласи, че никой електрон не може да има същите четири квантови числа. Правилото на Хун и принципът на изключване на Паули винаги вървят ръка за ръка.

Следователно стрелките трябва да бъдат поставени по такъв начин, че да останат разопаковани, докато заемат всички кутии; и след това завършват пълненето със стрелките, сочещи в обратна посока.

Паралелни и антипаралелни завъртания

Не е достатъчно електроните да имат сдвоени завъртания: те също трябва да са успоредни. Това в представянето на кутии и стрелки е гарантирано чрез поставяне на последния с краищата им успоредни един на друг.

Втората серия представя грешката, че електронът в третата кутия се сблъсква с неговия спирален антипаралел по отношение на другите.

По този начин може да се обобщи, че фундаменталното състояние на един атом е това, което се подчинява на правилата на Хун и следователно има най-стабилната електронна структура..

Теоретичната и експериментална база гласи, че когато един атом има електрони с по-голям брой несдвоени и успоредни завъртания, той се стабилизира в резултат на увеличаване на електростатичните взаимодействия между ядрото и електроните; увеличаване, което се дължи на намаляването на екраниращия ефект.

множество

Думата „множественост“ се споменава в началото, но какво означава в този контекст? Първото правило на Хун заявява, че най-стабилното основно състояние на атома е това, което има най-голям брой кратности на спина; с други думи, тази, която представя орбиталите си с най-голям брой несдвоени електрони.

Формулата за изчисляване на множествеността на спина е

2S + 1

Където S е равно на броя на несдвоените електрони, умножени по 1/2. По този начин, имайки няколко електронни структури с еднакъв брой електрони, 2S + 1 може да бъде оценено за всеки един и че с най-висока стойност на множественост ще бъде най-стабилна.

Крайността на спина може да се изчисли за първата серия от орбитали с три електрона с техните несдвоени и паралелни завъртания:

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

А множеството тогава е

2 (3/2) + 1 = 4

Това е първото правило на Хун. Най-стабилната конфигурация трябва да отговаря и на други параметри, но за целите на химическото разбиране не е напълно необходимо.

обучение

флуорит

Разглежда се само валентният слой, тъй като се приема, че вътрешният слой е вече напълнен с електрони. Следователно, електронната конфигурация на флуора е [He] 2s22P5.

Първо трябва да попълните 2s орбитала и след това три p орбитали. За запълването на 2s орбиталата с двата електрона е достатъчно да ги поставите така, че техните завъртания да бъдат сдвоени.

Останалите пет електрона за трите 2р орбитали са подредени, както е показано по-долу

Червената стрелка представлява последният електрон, който изпълва орбиталите. Забележете, че първите три електрона, които влизат в 2р орбиталите, са поставени несдвоени и с техните завъртания паралелни.

След това, от четвъртия електрон, той започва да сдвоява спина си -1/2 с другия електрон. Петият и последният електрон протичат по същия начин.

титан

Електронната конфигурация на титан е [Ar] 3d24s2. Тъй като има пет d орбитали, се предлага да се започне от лявата страна:

Този път беше показано пълненето на 4s орбитала. Тъй като в 3d орбиталите има само два електрона, почти няма проблем или объркване, когато ги поставяме със своите несвързани и успоредни завъртания (сини стрелки)..

желязо

Друг пример, и накрая, е желязо, метал, който има повече електрони в орбиталите си, отколкото титан. Електронната му конфигурация е [Ar] 3d64s2.

Ако не беше правилото на Хун и принципът на изключване на Паули, не би било известно как да се изхвърлят такива шест електрона в петте си орбитали..

Въпреки че може да изглежда лесно, без тези правила могат да възникнат много погрешни възможности по отношение на реда на попълване на орбиталите.

Благодарение на тях, логично и монотонно е напредването на златната стрела, която не е по-голяма от последния електрон, поставен в орбиталите..

препратки

  1. Serway & Jewett. (2009 г.). Физика: за наука и техника с модерна физика. Том 2. (Седмо издание). Cengage Learning.
  2. Glasstone. (1970). Учебник по физическа химия. в Химична кинетика. Второ издание. D. Van Nostrand, Company, Inc..
  3. Мендес А. (21 март 2012 г.). Правилото на Хунд. Изтеглено от: quimica.laguia2000.com
  4. Wikipedia. (2018). Правилото на Хун за максимална множественост. Изтеглено от: en.wikipedia.org
  5. Химия LibreTexts. (23 август 2017 г.). Правилата на Хунд Изтеглено от: chem.libretexts.org
  6. Корабен Р. (2016). Правилата на Хунд Изтеглено от: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu