ПРАВИЛО ХУНДА ИЛИ ПРИНЦИП МАКСИМАЛЬНОЙ МНОЖЕСТВЕННОСТИ - ХИМИЯ - 2026

Hund «s правило максимальной кратности или принципа установлено, эмпирически, как занять орбитальные электроны вырождаются в энергию. Это правило, как следует из самого названия, пришло от немецкого физика Фридриха Хунда в 1927 году, и с тех пор оно широко используется в квантовой и спектроскопической химии.

На самом деле в квантовой химии применяются три правила Хунда; однако первый из них является самым простым для понимания основ электронного структурирования атома.

Источник: Габриэль Боливар

Первое правило Хунда, правило максимальной множественности, необходимо для понимания электронных конфигураций элементов; устанавливает, каким должен быть порядок электронов на орбиталях для создания атома (иона или молекулы) с большей стабильностью.

Например, на изображении выше показаны четыре серии электронных конфигураций; прямоугольники обозначают орбитали, а черные стрелки обозначают электроны.

Первая и третья серии соответствуют правильным способам расположения электронов, а вторая и четвертая серии показывают, как электроны не должны размещаться на орбиталях.

Порядок заполнения орбиты по правилу Хунда

Хотя нет упоминания о двух других правилах Hund, правильное выполнение порядка заполнения подразумевает одновременное применение этих трех правил.

Что общего между первой и третьей сериями орбиталей на изображении? Почему они правильные? Во-первых, каждая орбиталь может вместить только два электрона, поэтому первый ящик готов. Поэтому заполнение должно продолжаться с помощью трех прямоугольников или орбиталей справа.

Спиновая вязка

В каждом квадрате первой серии есть стрелка, направленная вверх, которая символизирует три электрона со спинами в одном направлении. Когда они указывают вверх, это означает, что их вращения имеют значение +1/2, а если они указывают вниз, их вращения будут иметь значение -1/2.

Обратите внимание, что три электрона занимают разные орбитали, но с неспаренными спинами.

В третьей серии шестой электрон расположен со спином в противоположном направлении, -1/2. Это не относится к четвертой серии, где этот электрон выходит на орбиталь со спином +1/2.

Итак, два электрона, как и электроны первой орбитали, будут иметь спины спаренных (один со спином +1/2, а другой со спином -1/2).

Четвертый ряд ящиков или орбиталей нарушает принцип исключения Паули, согласно которому ни один электрон не может иметь одинаковые четыре квантовых числа. Правило Хунда и принцип исключения Паули всегда идут рука об руку.

Поэтому стрелки следует размещать таким образом, чтобы они не попадали в пары, пока не займут все коробки; и сразу после этого они дополняются стрелками, указывающими в противоположном направлении.

Параллельные и антипараллельные вращения

Недостаточно того, что спины электронов спарены: они также должны быть параллельны. Это в изображении прямоугольников и стрелок обеспечивается размещением последних так, чтобы их концы были параллельны друг другу.

Вторая серия представляет ошибку, заключающуюся в том, что электрон в третьем ящике встречает свой спин в антипараллельном смысле по отношению к другим.

Таким образом, можно резюмировать, что основное состояние атома подчиняется правилам Хунда и, следовательно, имеет наиболее стабильную электронную структуру.

Теоретическая и экспериментальная основа утверждает, что, когда атом имеет электроны с большим количеством неспаренных и параллельных спинов, он стабилизируется в результате увеличения электростатических взаимодействий между ядром и электронами; увеличение, что связано с уменьшением экранирующего эффекта.

множественность

Слово «множественность» было упомянуто в начале, но что оно означает в этом контексте? Первое правило Хунда устанавливает, что наиболее стабильным основным состоянием атома является то, которое имеет большее число спинов; другими словами, тот, который представляет на своих орбиталях наибольшее количество неспаренных электронов.

Формула для расчета кратности вращения:

2S + 1

Где S равно количеству неспаренных электронов, умноженному на 1/2. Таким образом, имея несколько электронных структур с одинаковым числом электронов, можно оценить 2S + 1 для каждой, и структура с наибольшим значением множественности будет наиболее стабильной.

Вы можете вычислить кратность спина для первой серии орбиталей с тремя электронами с беспараллельными и параллельными спинами:

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

И тогда кратность равна

2 (3/2) + 1 = 4

Это первое правило Хунда. Наиболее стабильная конфигурация также должна соответствовать другим параметрам, но для понимания химии они не совсем необходимы.

упражнения

Фтор

Рассматривается только валентная оболочка, поскольку предполагается, что внутренняя оболочка уже заполнена электронами. Таким образом, электронная конфигурация фтора 2s ² 2p ⁵ .

Сначала необходимо заполнить 2s-орбиталь, а затем три p-орбитали. Чтобы заполнить 2s-орбиталь двумя электронами, достаточно разместить их таким образом, чтобы их спины были спаренными.

Другие пять электронов для трех 2p-орбиталей расположены, как показано ниже.

Источник: Габриэль Боливар

Красная стрелка представляет последний электрон, заполнивший орбитали. Обратите внимание, что первые три электрона, попадающие на 2p-орбитали, размещены неспаренными и их спины параллельны.

Затем, начиная с четвертого электрона, он начинает связывать свой спин -1/2 с другим электроном. Точно так же движется пятый и последний электрон.

титан

Электронная конфигурация титана 3d ² 4s ² . Поскольку имеется пять d-орбиталей, рекомендуется начинать с левой стороны:

Источник: Габриэль Боливар

На этот раз было показано заполнение орбитали 4s. Поскольку на трехмерных орбиталях всего два электрона, почти не возникает проблем или путаницы при размещении их с их неспаренными и параллельными спинами (синие стрелки).

Железо

И наконец, еще один пример - железо, металл, у которого на d-орбиталях больше электронов, чем у титана. Его электронная конфигурация 3d ⁶ 4s ² .

Если бы не правило Хунда и принцип исключения Паули, мы не знали бы, как расположить такие шесть электронов на их пяти d-орбиталях.

Источник: Габриэль Боливар

Хотя это может показаться простым, без этих правил могло бы возникнуть много неправильных возможностей относительно порядка заполнения орбиталей.

Благодаря этому, движение золотой стрелки логично и однообразно, которая представляет собой не что иное, как последний электрон, помещенный на орбиталях.

Ссылки

1. Serway & Jewett. (2009). Физика: для науки и техники с современной физикой. Том 2. (Издание седьмое). Cengage Learning.
2. Glasstone. (1970). Учебник физической химии. В химической кинетике. Второе издание. Д. Ван Ностранд, Company, Inc.
3. Мендес А. (21 марта 2012 г.). Правило Хунда. Получено с: quimica.laguia2000.com
4. Wikipedia. (2018). Правило максимальной множественности Хунда. Получено с: en.wikipedia.org
5. Химия LibreTexts. (23 августа 2017 г.). Правила Хунда. Получено с: chem.libretexts.org
6. Нейв Р. (2016). Правила Хунда. Получено с: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu