HUNDREGEL ELLER PRINSIPP FOR MAKSIMAL MANGFOLDIGHET - KJEMI - 2026

Den Hund 's regel maksimalt mangfold eller prinsipp etablert, empirisk, hvordan å okkupere bane elektronene utarte til energi. Denne regelen, som navnet alene antyder, kom fra den tyske fysikeren Friedrich Hund, i 1927, og siden har den vært til stor nytte i kvante- og spektroskopisk kjemi.

Det er faktisk tre Hunds regler anvendt i kvantekjemi; den første er imidlertid den enkleste for den grunnleggende forståelsen av hvordan man elektronisk strukturerer et atom.

Kilde: Gabriel Bolívar

Hunds første regel, maksimal mangfoldighet, er viktig for å forstå de elektroniske konfigurasjonene til elementene; bestemmer hva ordren til elektronene i orbitalene må være for å generere et atom (ion eller molekyl) med større stabilitet.

For eksempel viser bildet over fire serier med elektronkonfigurasjoner; boksene representerer orbitalene, og de svarte pilene representerer elektronene.

Den første og tredje serien tilsvarer riktige måter å ordne elektronene på, mens den andre og fjerde serien indikerer hvordan elektronene ikke skal plasseres i orbitalene.

Orbital fyllingsrekkefølge etter Hunds regel

Selv om det ikke er nevnt de to andre Hund-reglene, er det korrekt å utføre fyllingsrekkefølgen implisitt å bruke disse tre reglene samtidig.

Hva har den første og tredje serien med orbitaler i bildet til felles? Hvorfor er de riktige? For det første kan hver orbitale bare "huse" to elektroner, og det er derfor den første boksen er komplett. Fyllingen må derfor fortsette med de tre boksene eller orbitalene til høyre.

Spinnparring

Hver boks i den første serien har en pil som peker oppover, som symboliserer tre elektroner med spinn i samme retning. Når du peker oppover, betyr det at spinnene deres har en verdi på +1/2, og hvis de peker nedover, vil spinnene deres ha verdier på -1/2.

Legg merke til at de tre elektronene opptar forskjellige orbitaler, men med uparmerte spinn.

I den tredje serien er det sjette elektronet plassert med et spinn i motsatt retning, -1/2. Dette er ikke tilfelle for den fjerde serien, hvor dette elektronet kommer inn i bane med et snurr på +1/2.

Og så vil de to elektronene, som de fra den første orbitalen, få spinnene sine sammenkoblet (den ene med spinn +1/2 og den andre med spinn -1/2).

Den fjerde serien med bokser eller orbitaler bryter med Pauli-eksklusjonsprinsippet, som sier at ingen elektron kan ha de samme fire kvantetallene. Hunds regel og Paulis eksklusjonsprinsipp går alltid hånd i hånd.

Derfor bør pilene plasseres på en slik måte at de er uparmerte til de okkuperer alle boksene; og umiddelbart etterpå blir de fullført med pilene som peker i motsatt retning.

Parallelle og antiparallelle spinn

Det er ikke nok at elektronene har sammenspinnene sine: de må også være parallelle. Dette i representasjonen av bokser og piler er garantert ved å plassere sistnevnte med endene parallelt med hverandre.

Den andre serien presenterer feilen i at elektronet i den tredje boksen møter spinnet i antiparallell forstand med hensyn til de andre.

Dermed kan det oppsummeres at grunntilstanden til et atom er en som adlyder Hunds regler, og derfor har den mest stabile elektroniske strukturen.

Det teoretiske og eksperimentelle grunnlaget sier at når et atom har elektroner med et større antall uparmerte og parallelle spinn, stabiliserer det seg som et resultat av en økning i de elektrostatiske interaksjonene mellom kjernen og elektronene; økning som skyldes reduksjonen av skjermingseffekten.

mangfold

Ordet 'mangfoldighet' ble nevnt i begynnelsen, men hva betyr det i denne sammenhengen? Hunds første regel slår fast at den mest stabile grunntilstanden for et atom er den som gir et større antall spinnmultipliktitet; med andre ord den som presenterer orbitaler med det høyeste antall uparrede elektroner.

Formelen for å beregne multiplikasjonen av spinn er

2S + 1

Hvor S tilsvarer antall uparede elektroner multiplisert med 1/2. Å ha flere elektroniske strukturer med samme antall elektroner, og dermed kan 2S + 1 estimeres for hver enkelt og den med den høyeste multiplikasjonsverdi vil være den mest stabile.

Du kan beregne multiplikasjonen av spinnet for den første serien med orbitaler med tre elektroner med spinnene uten sidestykke og parallell:

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

Og mangfoldigheten da er

2 (3/2) + 1 = 4

Dette er Hunds første regel. Den mest stabile konfigurasjonen må også oppfylle andre parametere, men for kjemisk forståelsesformål er de ikke helt nødvendige.

Øvelser

fluor

Bare valensskallet blir vurdert, siden det antas at det indre skallet allerede er fylt med elektroner. Elektronkonfigurasjonen av fluor er derfor 2s ² 2p ⁵ .

En 2s-bane må fylles først og deretter tre p-orbitaler. For å fylle 2s-bane med de to elektronene, er det nok å plassere dem på en slik måte at spinnene deres er sammenkoblet.

De andre fem elektronene for de tre 2p-orbitalene er anordnet som illustrert nedenfor.

Kilde: Gabriel Bolívar

Den røde pilen representerer det siste elektronet som fyller orbitalene. Legg merke til at de tre første elektronene som kommer inn i 2p-orbitalene er plassert uparmerte og med spinnene parallelle.

Deretter begynner det fra fjerde elektron å koble spinn -1/2 med det andre elektronet. Den femte og siste elektron fortsetter på samme måte.

Titanium

Elektronkonfigurasjonen til titan er 3d ² 4s ² . Siden det er fem d orbitaler, foreslås det å starte på venstre side:

Kilde: Gabriel Bolívar

Denne gangen ble fyllingen av 4s-bane vist. Ettersom det bare er to elektroner i 3d-orbitalene, er det nesten ikke noe problem eller forvirring når du plasserer dem med uparrede og parallelle spinn (blå piler).

Jern

Et annet eksempel, og til slutt, er jern, et metall som har flere elektroner i sine orbitaler enn titan. Elektronkonfigurasjonen er 3d ⁶ 4s ² .

Hvis det ikke var for Hunds styre og Pauli-eksklusjonsprinsippet, ville vi ikke vite hvordan vi skulle ordne slike seks elektroner i deres fem d orbiter.

Kilde: Gabriel Bolívar

Selv om det kan virke enkelt, kan det uten disse reglene oppstå mange gale muligheter med hensyn til rekkefølgen på orbitalene.

Takket være disse er fremrykkingen av den gylne pilen logisk og monoton, noe som ikke er noe mer enn det siste elektronet som blir plassert i orbitalene.

referanser

1. Serway & Jewett. (2009). Fysikk: for naturvitenskap og ingeniørfag med moderne fysikk. Bind 2. (Syvende utgave). Cengage Learning.
2. Glasstone. (1970). Lærebok for fysisk kjemi. I kjemisk kinetikk. Andre utgave. D. Van Nostrand, Company, Inc.
3. Méndez A. (21. mars 2012). Hunds regel. Gjenopprettet fra: quimica.laguia2000.com
4. Wikipedia. (2018). Hunds regel om maksimal mangfoldighet. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
5. Kjemi LibreTexts. (23. august 2017). Hunds regler. Gjenopprettet fra: chem.libretexts.org
6. Nave R. (2016). Hunds regler. Gjenopprettet fra: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu