Wat is de Hund-regel of het principe van maximale multipliciteit?

de Honderd regel of beginsel van maximale veelvoudigheid stelt empirisch vast hoe de gedegenereerde orbitale elektronen energie moeten innemen. Deze regel, zoals de enige naam aangeeft, kwam van de Duitse natuurkundige Friedrich Hund in 1927 en is sindsdien zeer nuttig geweest in de kwantum- en spectroscopische chemie.

Er zijn echt drie Hund-regels toegepast in de kwantumchemie; de eerste is echter de eenvoudigste voor het basisbegrip van hoe een atoom elektronisch gestructureerd kan worden. 

Hund's eerste regel, die van maximale veelvoudigheid, is essentieel om de elektronische configuraties van de elementen te begrijpen; bepaalt wat de volgorde van de elektronen in de orbitalen moet zijn om een ​​atoom (ion of molecuul) met grotere stabiliteit te genereren.

Er worden bijvoorbeeld vier reeksen elektronische configuraties getoond in de bovenste afbeelding; de vakken vertegenwoordigen de orbitalen en de zwarte pijlen de elektronen.

De eerste en derde reeks corresponderen met correcte manieren om de elektronen te ordenen, terwijl de tweede en vierde reeks aangeven hoe elektronen niet in de orbitalen moeten worden geplaatst.

index

• 1 Orde voor het vullen van de orbitalen volgens de Hund-regel
  • 1.1 Paring van spins
  • 1.2 Parallelle en antiparallelle spins
• 2 Multipliciteit
• 3 oefeningen
  • 3.1 Fluor
  • 3.2 Titanium
  • 3.3 Iron
• 4 Referenties

Volgorde van het vullen van de orbitalen volgens de Hund-regel

Hoewel er geen melding wordt gemaakt van de andere twee regels van Hund, terwijl het correct uitvoeren van de volgorde van vullen impliciet impliceert dat deze drie regels tegelijkertijd worden toegepast.

Wat hebben de eerste en derde reeks orbitalen in de afbeelding gemeen? Waarom kloppen ze? Om te beginnen kan elke orbitaal slechts twee elektronen "vasthouden". Daarom is de eerste doos voltooid. De vulling moet daarom doorgaan met de drie vakken of orbitalen aan de rechterkant.

Spin-paren

Elke doos uit de eerste serie heeft een pijl naar boven, die drie elektronen symboliseert met spins van dezelfde richting. Als je naar boven wijst, betekent dit dat de spins een waarde hebben van +1/2, en als ze naar beneden wijzen, hebben hun spins waarden van -1/2.

Merk op dat de drie elektronen verschillende orbitalen innemen, maar met ongepaarde spins.

In de derde reeks bevindt het zesde elektron zich met een spin in de tegenovergestelde richting, -1/2. Dit is niet het geval voor de vierde reeks, waarin dit elektron de orbitaal binnenkomt met een draai van +1/2.

En dus zullen de twee elektronen, zoals die van de eerste orbitaal, hun hebben gepaarde spins (één met spin +1/2 en één met spin -1/2).

De vierde serie dozen of orbitalen schendt het uitsluitingsprincipe van Pauli, waarin staat dat geen enkel elektron hetzelfde vier kwantumgetallen kan hebben. De regel van Hund en het principe van uitsluiting van Pauli gaan altijd hand in hand.

Daarom moeten de pijlen zo worden geplaatst dat ze uitgepakt blijven totdat ze alle vakken innemen; en dan vullen ze af met de pijlen in de tegenovergestelde richting.

Parallelle en antiparallelle spins

Het is niet genoeg dat de elektronen hun spins gepaard hebben: ze moeten ook parallel zijn. Dit in de weergave van dozen en pijlen wordt gegarandeerd door deze met hun einden parallel aan elkaar te plaatsen.

De tweede serie presenteert de fout dat het elektron in de derde doos zijn antiparallel draaiende ten opzichte van de anderen tegenkomt.

Het kan dus worden samengevat dat de fundamentele toestand van een atoom er een is die de regels van Hund gehoorzaamt en daarom de meest stabiele elektronische structuur heeft.

De theoretische en experimentele basis stelt dat wanneer een atoom elektronen heeft met een groter aantal ongepaarde en evenwijdige spins, het stabiliseert als een resultaat van een toename in elektrostatische interacties tussen de kern en de elektronen; toename die te wijten is aan de afname van het afschermeffect.

veelheid

Het woord 'multipliciteit' werd in het begin genoemd, maar wat betekent dit in deze context? De eerste regel van Hund stelt dat de meest stabiele grondtoestand voor een atoom dat is met het grootste aantal spin-multipliciteit; met andere woorden, degene die zijn orbitalen presenteert met het hoogste aantal ongepaarde elektronen.

De formule om de veelvoud van de spin te berekenen is

2S + 1

Waarbij S gelijk is aan het aantal ongepaarde elektronen vermenigvuldigd met 1/2. Dus, met meerdere elektronische structuren met hetzelfde aantal elektronen, kan 2S + 1 voor elk worden geschat en dat met de hoogste veelvoudigheid de meest stabiele is.

De veelvoud van de spin kan worden berekend voor de eerste reeks orbitalen met drie elektronen met hun ongepaarde en parallelle spins:

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

En de multipliciteit is dat dan

2 (3/2) + 1 = 4

Dit is de eerste regel van Hund. De meest stabiele configuratie moet ook voldoen aan andere parameters, maar voor chemisch begrip zijn deze niet helemaal noodzakelijk.

opleiding

fluor

Alleen de valentie-laag wordt beschouwd, omdat wordt aangenomen dat de binnenste laag al is gevuld met elektronen. De elektronische configuratie van fluor is daarom [He] 2s²2p⁵.

Je moet eerst een 2s-orbitaal vullen en daarna drie p-orbitalen. Voor het vullen van de 2s-orbitaal met de twee elektronen is het voldoende om ze zodanig te plaatsen dat hun spins gepaard zijn.

De andere vijf elektronen voor de drie 2p orbitalen zijn gerangschikt zoals hieronder geïllustreerd

De rode pijl vertegenwoordigt het laatste elektron dat de orbitalen vult. Merk op dat de eerste drie elektronen die de 2p-orbitalen binnenkomen, ongepaard zijn en met hun spins parallel.

Vervolgens begint het vanaf het vierde elektron zijn spin -1/2 te koppelen met het andere elektron. Het vijfde en laatste elektron gaan op dezelfde manier verder.

titanium

De elektronische configuratie van titanium is [Ar] 3d²4s². Omdat er vijf d orbitalen zijn, wordt voorgesteld om vanaf de linkerkant te beginnen:

Deze keer werd de vulling van de 4s-orbitaal getoond. Omdat er slechts twee elektronen in de 3d-orbitalen zijn, is er bijna geen probleem of verwarring bij het plaatsen met hun ongepaarde en parallelle spins (blauwe pijlen).

ijzer

Een ander voorbeeld, en ten slotte, is ijzer, metaal dat meer elektronen in zijn orbitalen heeft dan titanium. De elektronische configuratie is [Ar] 3d⁶4s².

Als het niet om de regel van Hund en Pauli's uitsluitingsprincipe zou gaan, zou het niet bekend zijn hoe dergelijke zes elektronen in de vijf orbitalen moeten worden verwijderd..

Hoewel het misschien gemakkelijk lijkt, zouden zonder deze regels vele verkeerde mogelijkheden ontstaan ​​met betrekking tot de volgorde van het vullen van de orbitalen.

Dankzij deze is het logisch en eentonig de opmars van de gouden pijl, die niet meer is dan het laatste elektron dat in de orbitalen wordt geplaatst.

referenties

1. Serway & Jewett. (2009). Natuurkunde: voor wetenschap en techniek met moderne natuurkunde. Deel 2. (zevende editie). Cengage Learning.
2. Glasstone. (1970). Leerboek van de fysische chemie. in Chemische kinetiek. Tweede editie. D. Van Nostrand, Company, Inc.
3. Méndez A. (21 maart 2012). Hund's regel. Teruggeplaatst van: quimica.laguia2000.com
4. Wikipedia. (2018). Hund's regel van maximale multipliciteit. Teruggeplaatst van: en.wikipedia.org
5. Chemie LibreTexts. (23 augustus 2017). Regels van Hund Teruggeplaatst van: chem.libretexts.org
6. Schip R. (2016). Regels van Hund Teruggeplaatst van: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu