Kakšno je pravilo Hunda ali načelo največjega števila?



The Hundovo pravilo ali načelo največjega števila empirično ugotavlja, kako morajo degenerirani orbitalni elektroni zavzeti energijo. To pravilo je, kot kaže njegovo edino ime, iz nemškega fizika Friedricha Hunda leta 1927 in od takrat je bilo zelo uporabno v kvantni in spektroskopski kemiji..

V kvantni kemiji se dejansko uporabljajo tri Hundova pravila; prvi pa je najpreprostejši za osnovno razumevanje, kako elektronsko strukturirati atom. 

Hundovo prvo pravilo, to je največjega števila, je bistveno za razumevanje elektronskih konfiguracij elementov; določa, kateri vrstni red elektronov v orbitalih mora biti generiranje atoma (iona ali molekule) večje stabilnosti.

Na primer, na zgornji sliki so prikazane štiri serije elektronskih konfiguracij; škatle predstavljajo orbitale, črne puščice pa elektrone.

Prvi in ​​tretji niz sta pravilni načini urejanja elektrone, medtem ko je drugi in četrti seriji kažejo, kako se ne sme dati v orbitalnih elektronov.

Indeks

  • 1 Vrstni red izpolnjevanja orbitalov po Hundovem pravilu
    • 1.1 Parjenje spinov
    • 1.2 Paralelne in antiparalelne vrtljaje
  • 2 Večkratnost
  • 3 Vaje
    • 3.1 Fluor
    • 3.2 Titan
    • 3.3 Železo
  • 4 Reference

Vrstni red izpolnjevanja orbitalov po Hundovem pravilu

Čeprav druga dva pravila Hunda nista omenjena, saj pravilno izvrševanje zaporedja polnjenja implicitno uporablja ta tri pravila hkrati.

Kaj imata skupni prvi in ​​tretji niz orbital na sliki? Zakaj so pravilne? Za začetek lahko vsaka orbita samo "zadrži" dva elektrona, zato je prva škatla končana. Polnjenje se mora torej nadaljevati s tremi okencami ali orbitali na desni.

Spin pairing

Vsaka škatla prve serije ima puščico navzgor, ki simbolizira tri elektrone z vrtenjem iste smeri. Ko usmerite navzgor, to pomeni, da imajo njegovi spinovi vrednost +1/2, in če kažejo navzdol, bodo imeli njihovi spinovi vrednosti -1/2.

Upoštevajte, da trije elektroni zasedajo različne orbitale, vendar z nesparene vrtljaje.

V tretji seriji se šesti elektron nahaja z vrtenjem v nasprotni smeri, -1/2. To ne velja za četrto serijo, kjer ta elektron vstopi v orbital z vrtenjem +1/2.

Tako bosta oba elektrona, kot tista iz prve orbite, imela svoje seznanjene spine (ena z spin +1/2 in ena s spin -1/2).

Četrta vrsta polj ali orbitale krši Paulijevo izključitveno načelo, ki navaja, da noben elektron ne more imeti istih štirih kvantnih števil. Pravilo Hunda in načelo izključitve Paulija sta vedno z roko v roki.

Zato morajo biti puščice nameščene tako, da ostanejo razpakirane, dokler ne zavzamejo vseh škatel; in nato končajo polnjenje s puščicami, ki kažejo v nasprotno smer.

Vzporedni in antiparalelni vrtljaji

Ni dovolj, da imajo elektroni svoje spine: morajo biti tudi vzporedni. To je v predstavitvi škatel in puščic zagotovljeno tako, da se slednji s konci vzporedno ujemata.

Druga serija predstavlja napako, da elektroni v tretjem polju naletijo na svoj antiparalelni spin glede na druge.

Tako lahko povzamemo, da je temeljno stanje atoma tisto, ki je v skladu s pravili Hunda in ima zato najstabilnejšo elektronsko strukturo..

Teoretične in eksperimentalne bazičnih navaja, da kadar je atom več elektronov z neparnega vrti in vzporedno, stabilizirani po povečanju elektrostatične interakcije med jedrom in elektroni; Povečanje ki je posledica zmanjšane oklop učinkom.

Večkratnost

Beseda „mnogoterost“ je bila omenjena na začetku, toda kaj pomeni v tem kontekstu? Hundovo prvo pravilo navaja, da je najstabilnejše osnovno stanje atoma tisto, ki ima največje število multiplih spinov; z drugimi besedami, tista, ki predstavlja orbitale z največjim številom neparnih elektronov.

Formula za izračun množice spin je

2S + 1

Kjer je S enako številu neparnih elektronov, pomnoženih s 1/2. Tako lahko 2S + 1, ki ima več elektronskih struktur z enakim številom elektronov, ocenimo za vsako izmed njih in da bo z največjo vrednostjo večkratnosti najstabilnejša..

Za prvi niz orbitalov s tremi elektroni s svojimi neparnimi in vzporednimi vrti se lahko izračuna množica spinov.

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

In mnogoterost je torej

2 (3/2) + 1 = 4

To je Hundovo prvo pravilo. Najstabilnejša konfiguracija mora ustrezati tudi drugim parametrom, vendar za namene kemijskega razumevanja ni povsem potrebna.

Vaje

Fluor

Upošteva se samo valentna plast, ker se domneva, da je notranji sloj že napolnjen z elektroni. Elektronska konfiguracija fluora je torej [He] 2s22p5.

Najprej morate izpolniti orbital 2s in nato tri p orbitale. Za polnjenje 2s orbital z dvema elektronima je dovolj, da jih postavimo tako, da se njihovi spini združijo..

Ostalih pet elektronov za tri 2p orbitale so razporejene, kot je prikazano spodaj

Rdeča puščica predstavlja zadnji elektron, ki napolni orbitale. Upoštevajte, da so prvi trije elektroni, ki vstopajo v 2p orbitale, postavljeni nespatični in z vrtenjem vzporedno.

Nato od četrtega elektrona začne spajati svoj spin -1/2 z drugim elektronom. Peti in zadnji elektron se nadaljujeta na enak način.

Titan

Elektronska konfiguracija titana je [Ar] 3d24s2. Ker obstaja pet d orbital, se predlaga, da se začne z leve strani:

Tokrat je bil prikazan 4s orbitalna polnjenje. Kot sta le dva elektroni v 3d orbital, da je, ko dajo svoje brez para in vzporednih vrtljajev (modre puščice) skoraj nobenih težav ali nejasnosti.

Železo

Drug primer in končno je železo, kovina, ki ima v svojih orbitalih več elektronov kot titan. Njegova elektronska konfiguracija je [Ar] 3d64s2.

Če ne bi bilo Hundovega pravila in Paulijevega izključitvenega načela, ne bi bilo znano, kako bi se takih šest elektronov odstranilo v njegovih petih orbitalah..

Čeprav se zdi enostavno, brez teh pravil lahko povzroči veliko napačnih možnosti v zvezi z vrstnim redom izpolnjevanja orbital.

Hvala za to, je logično in monotono napredek zlato puščico, ki je največ v zadnjih elektronov, ki se dajejo v orbiti.

Reference

  1. Serway & Jewett. (2009). Fizika: za znanost in inženirstvo s sodobno fiziko. Zvezek 2. (Sedma izdaja). Učenje Cengage.
  2. Glasstone. (1970). Učbenik fizikalne kemije. V Kemijska kinetika. Druga izdaja. D. Van Nostrand, Company, Inc..
  3. Méndez A. (21. marec 2012). Hundovo pravilo. Vzpostavljeno iz: quimica.laguia2000.com
  4. Wikipedija. (2018). Hundovo pravilo največjega števila. Vzpostavljeno iz: en.wikipedia.org
  5. Kemija LibreTexts. (23. avgust 2017). Hundova pravila Vzpostavljeno iz: chem.libretexts.org
  6. Ladja R. (2016). Hundova pravila Vzpostavljeno iz: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu