Co je Hundovo pravidlo nebo princip maximální multiplicity?



Pravidlo Hund nebo princip maximální multiplicity empiricky stanoví, jak degenerované orbitální elektrony musí zabírat energii. Toto pravidlo, jak jeho jediné jméno ukáže, přišel z německého fyzika Friedrich Hund, v 1927, a od té doby to bylo velmi užitečné v kvantové a spektroskopické chemii \ t.

Tam jsou opravdu tři Hund pravidla aplikovaná v kvantové chemii; První je však nejjednodušší pro základní pochopení toho, jak elektronicky strukturovat atom. 

Hundovo první pravidlo, pravidlo maximálního množství, je nezbytné pro pochopení elektronických konfigurací prvků; stanoví, v jakém pořadí elektronů v orbitálech musí být generován atom (iont nebo molekula) větší stability.

Na horním obrázku jsou například zobrazeny čtyři řady elektronických konfigurací; krabice představují orbitály a černé šipky elektrony.

První a třetí série odpovídají správným způsobům objednání elektronů, zatímco druhá a čtvrtá řada ukazují, jak by elektrony neměly být umístěny v orbitálech..

Index

  • 1 Pořadí naplnění orbitálů podle Hundova pravidla
    • 1.1 Spojení otočení
    • 1.2 Paralelní a antiparalelní otočení
  • 2 Násobnost
  • 3 Cvičení
    • 3.1 Fluor
    • 3.2 Titan
    • 3.3 Železo
  • 4 Odkazy

Řád naplnění orbitálů podle Hundova pravidla

Ačkoliv se o ostatních dvou pravidlech Hundu neuvádí žádná zmínka, při správném provedení pořadí vyplňování se implicitně aplikují tyto tři pravidla současně..

Co mají první a třetí série orbitálů v obraze společného? Proč jsou správné? Pro začátek, každý orbitál může jen "držet" dva elektrony, což je důvod, proč je první box kompletní. Výplň proto musí pokračovat se třemi boxy nebo orbitály vpravo.

Spinové párování

Každá krabička první série má šipku směřující nahoru, která symbolizuje tři elektrony se spiny ve stejném směru. Když směřujete nahoru, znamená to, že jeho spiny mají hodnotu +1/2, a pokud směřují dolů, jejich spiny budou mít hodnoty -1/2.

Všimněte si, že tři elektrony zabírají různé orbitály, ale s nepárové točení.

Ve třetí sérii, šestý elektron je lokalizován s rotací v opačném směru, -1/2. Toto není případ čtvrté série, kde tento elektron vstoupí do orbitálu se spinem +1/2.

Oba elektrony, stejně jako elektrony prvního orbitálu, budou mít své párované točení (jedna se spinem +1/2 a druhá se spinem -1/2).

Čtvrtá série krabic nebo orbitálů porušuje Pauliho vylučovací princip, který říká, že žádný elektron nemůže mít stejná čtyři kvantová čísla. Vláda Hunda a princip vyloučení Pauliho vždy jdou ruku v ruce.

Šipky proto musí být umístěny tak, aby zůstaly vybalené, dokud nezaloží všechny krabice; a pak dokončí naplnění šipkami směřujícími opačným směrem.

Paralelní a antiparalelní točení

Nestačí, že elektrony mají spiny spárované: musí být také paralelní. To při znázornění krabic a šipek je zaručeno umístěním těchto konců paralelně k sobě.

Druhá série představuje chybu, že elektron ve třetím boxu narazí na svůj spin antiparalelně vůči ostatním.

Lze tedy shrnout, že základní stav atomu je ten, který dodržuje pravidla Hunda, a proto má nejstabilnější elektronickou strukturu..

Teoretický a experimentální základ uvádí, že když atom má elektrony s větším počtem nepárových a paralelních spin, stabilizuje se jako výsledek zvýšení elektrostatických interakcí mezi jádrem a elektrony; zvýšení, které je způsobeno snížením stínícího efektu.

Násobnost

Slovo „multiplicita“ bylo zmíněno na začátku, ale co to v této souvislosti znamená? Hundovo první pravidlo říká, že nejstabilnější pozemní stav atomu je ten, který má největší počet spinových multiplicit; jinými slovy, ten, který představuje své orbitály s nejvyšším počtem nepárových elektronů.

Vzorec pro výpočet násobnosti točení je

2S + 1

Kde S se rovná počtu nepárových elektronů vynásobených 1/2. Tak, mít několik elektronických struktur se stejným množstvím elektronů, 2S + 1 může být odhadnut pro každého jeden a to s nejvyšší multiplicity hodnotou bude nejvíce stabilní \ t.

Násobnost rotace může být vypočtena pro první sérii orbitálů se třemi elektrony s jejich nepárovými a paralelními spiny:

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

A mnohonásobnost pak je

2 (3/2) + 1 = 4

Toto je Hundovo první pravidlo. Nejstabilnější konfigurace musí také splňovat další parametry, ale pro účely chemického porozumění nejsou zcela nezbytné.

Cvičení

Fluor

Uvažuje se pouze o valenční vrstvě, protože se předpokládá, že vnitřní vrstva je již naplněna elektrony. Elektronická konfigurace fluoru je proto [He] 2s22p5.

Musíte vyplnit 2s orbitál a pak tři p orbitály. Pro vyplnění orbitálu 2s oběma elektrony stačí je umístit tak, aby jejich spiny byly spárovány..

Dalších pět elektronů pro tři 2p orbitály je uspořádáno, jak je znázorněno níže

Červená šipka představuje poslední elektron, který vyplňuje orbitály. Všimněte si, že první tři elektrony, které vstupují do 2p orbitalů, jsou umístěny nepárové a jejich spiny jsou paralelní.

Dále, od čtvrtého elektronu, začne spárovat svůj spin -1/2 s druhým elektronem. Pátý a poslední elektron postupuje stejným způsobem.

Titan

Elektronická konfigurace titanu je [Ar] 3d24s2. Vzhledem k tomu, že existuje pět d orbitálů, doporučuje se začít zleva:

Tentokrát bylo zobrazeno vyplnění orbitálu 4s. Protože tam jsou jen dva elektrony v 3d orbitals, tam je téměř žádný problém nebo zmatek když umisťuje je s jejich nepárovými a paralelními otočeními (modré šipky) \ t.

Železo

Dalším příkladem a nakonec je železo, kov, který má ve svých orbitálech více elektronů než titan. Jeho elektronická konfigurace je [Ar] 3d64s2.

Pokud by to nebylo pro Hundovo pravidlo a Pauliho vylučovací princip, nebylo by známo, jak nakládat se šesti elektrony v pěti orbitálech..

I když se to může zdát snadné, bez těchto pravidel by mohlo vzniknout mnoho špatných možností s ohledem na pořadí plnění orbitálů.

Díky nim je logický a monotónní postup zlaté šipky, která není větší než poslední elektron, který je umístěn v orbitálech..

Odkazy

  1. Serway a Jewett. (2009). Fyzika: pro vědu a inženýrství s moderní fyzikou. Svazek 2. (Sedmé vydání). Cengage učení.
  2. Glasstone. (1970). Učebnice fyzikální chemie. In Chemická kinetika. Druhé vydání. D. Van Nostrand, Company, Inc..
  3. Méndez A. (21. března 2012). Hundovo pravidlo. Zdroj: quimica.laguia2000.com
  4. Wikipedia. (2018). Hundovo pravidlo maximální multiplicity. Zdroj: en.wikipedia.org
  5. Chemie LibreTexts. (23. srpna 2017). Hundova pravidla Zdroj: chem.libretexts.org
  6. Ship R. (2016). Hundova pravidla Zdroj: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu