HUNDOVO PRAVILO ILI PRINCIP MAKSIMALNE MNOŽINE - KEMIJA - 2025

Utvrđeno je Hundovo pravilo maksimalne množenja ili princip, kako okupirati orbitalne elektrone koji se degeneriraju u energiju. Ovo pravilo, kao što samo ime govori, potječe od njemačkog fizičara Friedricha Hunda 1927. godine i od tada je od velike koristi u kvantnoj i spektroskopskoj kemiji.

Zapravo postoje tri Hundova pravila koja se primjenjuju u kvantnoj kemiji; međutim, prvo je najjednostavnije za osnovno razumijevanje načina elektroničke strukture atoma.

Izvor: Gabriel Bolívar

Hundovo je prvo pravilo, ono o maksimalnoj množini, ključno za razumijevanje elektroničkih konfiguracija elemenata; utvrđuje koji redoslijed elektrona u orbitalama mora biti da bi se stvorio atom (ion ili molekula) s većom stabilnošću.

Na primjer, gornja slika prikazuje četiri serije elektronskih konfiguracija; kutije predstavljaju orbitale, a crne strelice elektrone.

Prva i treća serija odgovaraju ispravnim načinima raspoređivanja elektrona, dok druga i četvrta serija ukazuju na to kako elektroni ne smiju biti smješteni u orbitali.

Orbitalni nalog za punjenje prema Hundovom pravilu

Iako se ne spominju druga dva Hundova pravila, pravilno izvršavanje naloga za unos implicitno primjenjuje ta tri pravila istovremeno.

Što imaju prva i treća serija orbitala na slici? Zašto su ispravni? Za početak, svaka orbitala može "smjestiti" samo dva elektrona, zbog čega je prva kutija kompletna. Zbog toga se punjenje mora nastaviti s tri okvira ili orbitale s desne strane.

Spin parenje

Svaka kutija prve serije ima strelicu okrenutu prema gore, koja simbolizira tri elektrona sa spinovima u istom smjeru. Kada su usmjereni prema gore, to znači da njihovi okreti imaju vrijednost +1/2, a ako usmjere prema dolje, njihovi će centrifugi imati vrijednosti -1/2.

Imajte na umu da tri elektrona zauzimaju različite orbitale, ali s nesparenim spinovima.

U trećoj seriji šesti elektron nalazi se sa vrtnjom u suprotnom smjeru, -1/2. To nije slučaj za četvrtu seriju, gdje ovaj elektron ulazi u orbitu sa spinom +1/2.

I tako će dva elektrona, poput onih iz prve orbitale, imati spinove (jedan sa spin +1/2, a drugi sa spin -1/2).

Četvrta serija kutija ili orbitala krši princip isključenja iz Paulija, koji kaže da nijedan elektron ne može imati ista četiri kvantna broja. Hundovo vladanje i Paulijevo načelo isključenja uvijek idu ruku pod ruku.

Stoga strelice trebaju biti postavljene na takav način da nisu parne dok ne zauzmu sve kutije; a odmah nakon toga dovršavaju se strelice usmjerene u suprotnom smjeru.

Paralelni i antiparalni zavrti

Nije dovoljno da elektroni imaju spinove uparene: moraju biti i paralelni. Ovo je u prikazu kutija i strelica zagarantirano tako da su potonji krajevi paralelni jedan s drugim.

Druga serija prikazuje grešku što elektron u trećem okviru susreće svoj spin u antiparalnom smislu u odnosu na ostale.

Dakle, može se sažeti da je prizemno stanje atoma ono koje se pokorava Hundovim pravilima i stoga ima najstabilniju elektroničku strukturu.

Teorijska i eksperimentalna osnova kaže da kada atom ima elektrone s većim brojem nesparnih i paralelnih spinova, on se stabilizira kao rezultat porasta elektrostatičkih interakcija između jezgre i elektrona; povećanje koje nastaje zbog smanjenja efekta zaštite.

Mnoštvo

Riječ 'višestrukost' spominjala se na početku, ali što ona znači u ovom kontekstu? Hundovo prvo pravilo utvrđuje da je najstabilnije prizemno stanje atoma ono koje predstavlja veći broj spinovne množine; drugim riječima, ona koja predstavlja svoje orbitale s najvećim brojem nesparenih elektrona.

Formula za izračunavanje množenja vrtnje je

2S + 1

Gdje je S jednak broju nesparenih elektrona, pomnoženih s 1/2. Dakle, s nekoliko elektronskih struktura s istim brojem elektrona, 2S + 1 može se procijeniti za svaku, a ona s najvišom vrijednošću množenja bit će najstabilnija.

Možete izračunati mnoštvo spina za prvu seriju orbitale s tri elektrona s njihovim spinovima neusporedivim i paralelnim:

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

A mnoštvo je tada

2 (3/2) + 1 = 4

Ovo je Hundovo prvo pravilo. Najstabilnija konfiguracija mora ispunjavati i druge parametre, ali za kemijsko razumijevanje oni nisu u potpunosti potrebni.

vježbe

Fluor

Razmatra se samo valentna ljuska, jer se pretpostavlja da je unutarnja ljuska već ispunjena elektronima. Stoga je elektronska konfiguracija fluora 2s ² 2p ⁵.

Orbita 2 mora biti prvo ispunjena, a potom tri p orbitala. Da biste ispunili orbital 2s s dva elektrona, dovoljno ih je smjestiti na takav način da im se spinovi upare.

Ostalih pet elektrona za tri 2p orbitale su raspoređeni kako je dolje prikazano.

Izvor: Gabriel Bolívar

Crvena strelica predstavlja posljednji elektron koji je ispunio orbitale. Imajte na umu da su prva tri elektrona koja uđu u orbitu 2p postavljena neparna i s parazitima.

Tada od četvrtog elektrona počinje spariti svoj spin -1/2 s drugim elektronom. Peti i posljednji elektron odvija se na isti način.

titanijum

Elektronska konfiguracija titana je 3d ² 4s ². Budući da postoji pet d orbitala, savjetuje se početak s lijeve strane:

Izvor: Gabriel Bolívar

Ovoga puta prikazano je ispunjavanje 4b orbitale. Kako su u 3d orbitali samo dva elektrona, gotovo da nema problema ili zbrke kada ih smjestite sa svojim neparnim i paralelnim spinovima (plave strelice).

Željezo

Drugi primjer, i konačno, željezo je metal koji u svojim d orbitalama ima više elektrona od titana. Njegova elektronska konfiguracija je 3d ⁶ 4s ².

Da nije bilo Hundove vladavine i Paulijevog principa isključenja, ne bismo znali rasporediti takvih šest elektrona u njihovih pet d orbitala.

Izvor: Gabriel Bolívar

Iako se može činiti lako, bez ovih pravila mogu se pojaviti mnoge pogrešne mogućnosti u vezi s redoslijedom popunjavanja orbitala.

Zahvaljujući njima, napredak zlatne strelice je logičan i monoton, što nije ništa drugo do posljednji elektron koji se postavlja u orbitale.

Reference

1. Serway & Jewett. (2009). Fizika: za znanost i inženjerstvo s modernom fizikom. Svezak 2. (sedmo izdanje). Cengage Learning.
2. Glasstone. (1970). Udžbenik fizičke kemije. U Kemijskoj kinetici. Drugo izdanje. D. Van Nostrand, Company, Inc.
3. Méndez A. (21. ožujka 2012.). Hundovo pravilo. Oporavak od: quimica.laguia2000.com
4. Wikipedia. (2018.). Hundovo pravilo o maksimalnoj množini. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
5. Kemija LibreTexts. (23. kolovoza 2017.). Hundova pravila. Oporavak od: chem.libretexts.org
6. Nave R. (2016). Hundova pravila. Oporavak od: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu