Apakah Rundingan Hund atau prinsip pemerolehan maksimum?



The Peraturan Hund atau prinsip pemerolehan maksimum menetapkan, secara empirik, bagaimana elektron orbital yang merosot mesti menduduki tenaga. Peraturan ini, sebagai satu-satunya nama menunjukkan, berasal dari ahli fizik Jerman, Friedrich Hund, pada tahun 1927, dan sejak itu ia telah sangat berguna dalam kimia kuantum dan spektroskopi.

Terdapat tiga peraturan Hund yang digunakan dalam kimia kuantum; Walau bagaimanapun, yang pertama adalah yang paling mudah bagi pemahaman asas tentang cara menyusun atom secara elektronik. 

Peraturan pertama Hund, yang mempunyai kepelbagaian maksimum, penting untuk memahami konfigurasi elektronik unsur-unsur; menetapkan apa perintah elektron dalam orbital mestilah untuk menghasilkan atom (ion atau molekul) kestabilan yang lebih besar.

Sebagai contoh, empat siri konfigurasi elektronik ditunjukkan dalam imej atas; kotak mewakili orbital, dan panah hitam elektron.

Siri pertama dan ketiga sesuai dengan cara yang betul untuk memerintahkan elektron, manakala siri kedua dan keempat menunjukkan bagaimana elektron tidak seharusnya diletakkan di orbital.

Indeks

  • 1 Pesanan mengisi orbital mengikut peraturan Hund
    • 1.1 Beraksi berputar
    • 1.2 Putaran selari dan antiparallel
  • 2 Multiplicity
  • 3 Latihan
    • 3.1 Fluorin
    • 3.2 Titanium
    • 3.3 Besi
  • 4 Rujukan

Perintah mengisi orbital mengikut peraturan Hund

Walaupun tidak disebutkan kedua-dua peraturan Hund yang lain, dengan betul melaksanakan perintah pengisian adalah secara implisit memohon ketiga peraturan ini pada masa yang sama.

Apakah orbital orbital yang pertama dan ketiga dalam imej mempunyai persamaan? Mengapa mereka betul? Sebagai permulaan, setiap orbit hanya boleh "memegang" dua elektron, itulah sebabnya kotak pertama selesai. Oleh itu pengisian mesti diteruskan dengan tiga kotak atau orbital di sebelah kanan.

Berpasangan berputar

Setiap kotak siri pertama mempunyai anak panah yang menunjuk, yang melambangkan tiga elektron dengan berputar arah yang sama. Apabila menunjuk, ia bermaksud bahawa putarannya mempunyai nilai +1 / 2, dan jika mereka menunjuk ke bawah, putaran mereka akan mempunyai nilai -1/2.

Perhatikan bahawa tiga elektron menduduki orbital yang berlainan, tetapi dengan berputar tanpa berpasangan.

Dalam siri ketiga, elektron keenam terletak dengan putaran pada arah yang bertentangan, -1/2. Ini tidak berlaku untuk siri keempat, di mana elektron ini memasuki orbital dengan putaran +1 / 2.

Oleh itu, kedua-dua elektron, seperti orbital pertama, akan mempunyai mereka putaran berpasangan (satu dengan spin +1/2 dan satu dengan spin -1/2).

Kotak orbital keempat atau orbital melanggar prinsip pengecualian Pauli, yang menyatakan bahawa tiada elektron boleh mempunyai nombor kuantum yang sama. Peraturan Hund dan prinsip pengecualian Pauli selalu bersatu.

Oleh itu, anak panah mesti diletakkan sedemikian rupa sehingga mereka terus dibongkar sehingga mereka menduduki semua kotak; dan kemudian mereka selesai mengisi dengan anak panah yang menunjuk ke arah yang bertentangan.

Putaran selari dan antiparallel

Tidak cukup bahawa elektron mempunyai putaran mereka yang dipasangkan: mereka juga mesti selari. Ini dalam perwakilan kotak dan anak panah dijamin dengan meletakkan kedua dengan hujung mereka selari dengan satu sama lain.

Siri kedua membentangkan kesilapan bahawa elektron dalam kotak ketiga menemui spin antiparallelnya dengan yang lain.

Oleh itu, dapat dirumuskan bahawa keadaan asas atom adalah salah satu yang mematuhi peraturan Hund, dan oleh itu, mempunyai struktur elektronik yang paling stabil.

Berdasarkan teori dan eksperimen menyatakan bahawa apabila atom mempunyai elektron dengan jumlah yang lebih besar berputar dan berputar selari, ia menstabilkan akibat peningkatan interaksi elektrostatik antara nukleus dan elektron; peningkatan yang disebabkan oleh penurunan kesan perisai.

Multiplicity

Perkataan 'kepelbagaian' telah disebutkan pada mulanya, tetapi apakah maksudnya dalam konteks ini? Peraturan pertama Hund menyatakan bahawa keadaan tanah yang paling stabil untuk atom adalah yang mempunyai bilangan terbesar spin multiplicity; dengan kata lain, yang memperlihatkan orbitalnya dengan jumlah elektron yang tidak berpasangan.

Formula untuk mengira kepelbagaian spin adalah

2S + 1

Di mana S adalah sama dengan bilangan elektron yang tidak berpasangan yang didarab dengan 1/2. Oleh itu, mempunyai beberapa struktur elektronik dengan bilangan elektron yang sama, 2S + 1 boleh dianggarkan untuk setiap satu dan dengan nilai kepelbagaian tertinggi akan menjadi yang paling stabil.

Kepelbagaian putaran boleh dikira untuk siri orbital pertama dengan tiga elektron dengan putaran mereka yang tidak berpasangan dan selari:

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

Dan kepelbagaian itu kemudiannya

2 (3/2) + 1 = 4

Inilah peraturan pertama Hund. Konfigurasi yang paling stabil juga mesti mematuhi parameter lain, tetapi untuk tujuan pemahaman kimia tidak diperlukan sepenuhnya.

Latihan

Fluorin

Hanya lapisan valensi yang dipertimbangkan, kerana diandaikan bahawa lapisan dalaman sudah dipenuhi dengan elektron. Oleh itu, konfigurasi elektronik fluorine [He] 2s22p5.

Anda perlu mengisi orbital 2s pertama dan kemudian tiga orbital p. Untuk pengisian orbit 2 dengan dua elektron itu sudah cukup untuk meletakkannya sedemikian rupa sehingga putaran mereka dipasangkan.

Lima lagi elektron bagi orbital tiga 2p disusun seperti digambarkan di bawah

Anak panah merah mewakili elektron terakhir yang mengisi orbital. Perhatikan bahawa tiga elektron yang pertama yang memasuki orbital 2p diletakkan tidak berpasangan dan dengan spin mereka selari.

Seterusnya, dari elektron keempat, ia mula memasangkan spin -1 / 2 dengan elektron lain. Perolehan elektron kelima dan terakhir dengan cara yang sama.

Titanium

Konfigurasi elektronik titanium ialah [Ar] 3d24s2. Oleh kerana terdapat lima orbital, ia dicadangkan untuk bermula dari sebelah kiri:

Kali ini pengisian orbital 4s ditunjukkan. Oleh kerana terdapat hanya dua elektron dalam orbital 3d, hampir tidak ada masalah atau kekeliruan apabila meletakkan mereka dengan putaran mereka yang tidak berpasangan dan selari (panah biru).

Besi

Satu lagi contoh, dan akhirnya, adalah besi, logam yang mempunyai lebih banyak elektron dalam orbitalnya daripada titanium. Konfigurasi elektroniknya ialah [Ar] 3d64s2.

Sekiranya bukan untuk pemerintahan Hund dan prinsip pengecualian Pauli, ia tidak akan diketahui bagaimana membuang enam elektron tersebut dalam orbital limanya..

Walaupun ia kelihatannya mudah, tanpa peraturan ini, kemungkinan banyak kemungkinan yang salah berkaitan dengan orbital pengisian orbital.

Terima kasih kepada ini, adalah logik dan membosankan pendahuluan anak panah emas, yang tidak lebih daripada elektron terakhir yang diletakkan di orbital.

Rujukan

  1. Serway & Jewett. (2009). Fizik: untuk sains dan kejuruteraan dengan Fizik Moden. Jilid 2. (Edisi ketujuh). Pembelajaran Cengage.
  2. Glasstone. (1970). Buku teks kimia fizikal. In Kinetik kimia. Edisi kedua. D. Van Nostrand, Syarikat, Inc.
  3. Méndez A. (21 Mac, 2012). Peraturan Hund. Diperolehi daripada: quimica.laguia2000.com
  4. Wikipedia. (2018). Peraturan rundingan maksimum Hund. Diperolehi daripada: en.wikipedia.org
  5. Chemistry FreeTexts. (23 Ogos 2017). Peraturan Hund Diperolehi daripada: chem.libretexts.org
  6. Kapal R. (2016). Peraturan Hund Diperolehi daripada: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu