HUNDOVO PRAVIDLO ALEBO ZÁSADA MAXIMÁLNEJ MULTIPLICITY - CHÉMIA - 2025

Pes je pravidlo maximálneho multiplicita, alebo v zásade stanovené, empiricky, ako zaberať orbitálne elektróny degenerujú na energiu. Toto pravidlo, ako sám názov napovedá, pochádza od nemeckého fyzika Friedricha Hunda v roku 1927 a odvtedy sa veľmi dobre používa v kvantovej a spektroskopickej chémii.

V kvantovej chémii sa v skutočnosti používajú tri Hundove pravidlá; Prvý z nich je však najjednoduchší na základné pochopenie toho, ako elektronicky štruktúrovať atóm.

Zdroj: Gabriel Bolívar

Hundovo prvé pravidlo, pravidlo maximálnej multiplicity, je nevyhnutné na pochopenie elektronických konfigurácií prvkov; stanovuje, aké poradie elektrónov na obežných dráhach musí byť na vytvorenie atómu (iónu alebo molekuly) s väčšou stabilitou.

Napríklad vyššie uvedený obrázok ukazuje štyri série elektrónových konfigurácií; políčka predstavujú orbitaly a čierne šípky predstavujú elektróny.

Prvá a tretia séria zodpovedajú správnym spôsobom usporiadania elektrónov, zatiaľ čo druhá a štvrtá séria naznačujú, ako by elektróny nemali byť umiestnené na obežných dráhach.

Orbitálna objednávka plnenia podľa Hundovho pravidla

Hoci sa nespomínajú ďalšie dve Hundove pravidlá, správne vykonanie objednávky plnenia implicitne uplatňuje tieto tri pravidlá súčasne.

Čo má spoločná prvá a tretia séria orbitálov na obrázku? Prečo sú správne? Pre začiatočníkov môže každý orbitál „ubytovať“ iba dva elektróny, a preto je prvý rámček kompletný. Výplň preto musí pokračovať tromi políčkami alebo orbitálmi vpravo.

Spin párenie

Každá škatuľka prvej série má šípku smerujúcu nahor, ktorá symbolizuje tri elektróny s rotáciou v rovnakom smere. Keď smerujú nahor, znamená to, že ich otočky majú hodnotu +1/2, a ak smerujú nadol, ich otočky budú mať hodnoty -1/2.

Všimnite si, že tri elektróny zaberajú rôzne orbitaly, ale s nepárovými otáčaniami.

V tretej sérii je šiesty elektrón umiestnený s rotáciou v opačnom smere, -1/2. To neplatí pre štvrtú sériu, keď tento elektrón vstúpi na obežnú dráhu s rotáciou +1/2.

A tak budú mať dva elektróny, rovnako ako elektróny prvého orbitálu, spiny spárované (jeden so spinom +1/2 a druhý so spinom -1/2).

Štvrtá séria boxov alebo orbitálov porušuje Pauliho vylučovaciu zásadu, podľa ktorej žiadny elektrón nemôže mať rovnaké štyri kvantové čísla. Hundova vláda a Pauliho vylúčenie vždy idú ruka v ruke.

Preto by mali byť šípy umiestnené tak, aby neboli spárované, až kým nezaberú všetky škatule; a ihneď potom sú doplnené šípkami smerujúcimi opačným smerom.

Paralelné a antiparalelné rotácie

Nestačí len to, že elektróny majú spiny spárované: musia byť tiež paralelné. To v znázornení škatúľ a šípov je zaručené tým, že tieto sú umiestnené svojimi rovnobežnými koncami navzájom.

Druhá séria predstavuje chybu, že elektrón v treťom poli spĺňa svoje otáčanie v antiparalelnom zmysle voči ostatným.

Možno teda zhrnúť, že základný stav atómu je taký, ktorý dodržiava Hundove pravidlá, a preto má najstabilnejšiu elektronickú štruktúru.

Teoretická a experimentálna základňa uvádza, že keď má atóm elektróny s väčším počtom nepárových a paralelných spinov, stabilizuje sa v dôsledku zvýšenia elektrostatických interakcií medzi jadrom a elektrónmi; zvýšenie, ktoré je spôsobené znížením tieniaceho účinku.

mnohorakosť

Na začiatku sa spomínalo slovo „multiplicita“, ale čo v tejto súvislosti znamená? Hundovo prvé pravidlo potvrdzuje, že najstabilnejší základný stav pre atóm je taký, ktorý predstavuje väčší počet spinovej multiplicity; inými slovami, ten, ktorý predstavuje svoje orbity s najvyšším počtom nepárových elektrónov.

Vzorec na výpočet multiplicity spinu je

2S + 1

Kde S sa rovná počtu nepárových elektrónov vynásobeného 1/2. Teda, keď má niekoľko elektronických štruktúr s rovnakým počtom elektrónov, je možné odhadnúť 2S + 1 pre každý z nich a ten s najvyššou hodnotou multiplicity bude najstabilnejší.

Môžete spočítať multiplicitu roztočenia pre prvú sériu orbitálov s tromi elektrónmi, pričom ich točenia sú neporovnateľné a rovnobežné:

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

A potom je ich multiplicita

2 (3/2) + 1 = 4

Toto je Hundovo prvé pravidlo. Najstabilnejšia konfigurácia musí spĺňať aj ďalšie parametre, ale na účely chemického porozumenia nie sú úplne nevyhnutné.

cvičenie

fluóru

Do úvahy sa berie iba valenčné puzdro, pretože sa predpokladá, že vnútorné puzdro je už naplnené elektrónmi. Konfigurácia elektrónu fluóru sa preto 2s ² 2p ⁵ .

Najprv musí byť vyplnený orbitál 2 s a potom tri obežníky. Na naplnenie dvojsmernej orbity dvoma elektrónmi stačí umiestniť ich tak, aby sa ich spiny spárovali.

Ďalších päť elektrónov pre tri 2p orbitaly sú usporiadané tak, ako je to znázornené nižšie.

Zdroj: Gabriel Bolívar

Červená šípka predstavuje posledný elektrón na vyplnenie orbitálov. Všimnite si, že prvé tri elektróny vstupujúce do 2p orbitálov sú umiestnené nepárové a ich otáčania sú paralelné.

Potom, od štvrtého elektrónu, začne spárovať jeho spin -1/2 s iným elektrónom. Piaty a posledný elektrón postupuje rovnakým spôsobom.

titán

Elektrónová konfigurácia titánu je 3d ² 4s ² . Keďže existuje päť orbitálov, navrhuje sa začať na ľavej strane:

Zdroj: Gabriel Bolívar

Tentoraz sa ukázalo vyplnenie 4s orbitálu. Pretože na 3d obežníkoch sú iba dva elektróny, pri ich umiestňovaní s ich neporovnateľnými a nepárovými točeniami (modré šípky) neexistuje takmer žiadny problém ani nejasnosti.

železo

Ďalším príkladom je železo, kov, ktorý má vo svojich d orbitaloch viac elektrónov ako titán. Jeho elektrónová konfigurácia je 3d ⁶ 4s ² .

Keby to nebolo Hundovo pravidlo a Pauliho vylúčenie, nevedeli by sme, ako usporiadať týchto šesť elektrónov na ich päť orbitálov.

Zdroj: Gabriel Bolívar

Aj keď sa to môže zdať ľahké, bez týchto pravidiel by sa mohlo vyskytnúť veľa nesprávnych možností týkajúcich sa poradia plnenia orbitálov.

Vďaka nim je postup zlatej šípky logický a monotónny, čo nie je nič iné ako posledný elektrón, ktorý je umiestnený na obežných dráhach.

Referencie

1. Serway & Jewett. (2009). Fyzika: pre vedu a techniku ​​s modernou fyzikou. Zväzok 2 (siedme vydanie). Cengage Learning.
2. Glasstone. (1970). Učebnica fyzikálnej chémie. V chemickej kinetike. Druhé vydanie. D. Van Nostrand, Company, Inc.
3. Méndez A. (21. marca 2012). Hundovo pravidlo. Obnovené z: quimica.laguia2000.com
4. Wikipedia. (2018). Hundovo pravidlo maximálnej multiplicity. Obnovené z: en.wikipedia.org
5. Chémia LibreTexts. (23. augusta 2017). Hundove pravidlá. Obnovené z: chem.libretexts.org
6. Nave R. (2016). Hundove pravidlá. Získané z: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu