ما هي قاعدة Hund أو مبدأ الحد الأقصى للتعدد؟

ال قاعدة هوند أو مبدأ الحد الأقصى للتعدد أنشئت تجريبيا، وكيفية احتلال الإلكترونات المدارية تتحول إلى طاقة. هذه القاعدة، وكما يوحي الاسم الوحيد لها، وجاء من عالم الفيزياء الألماني فريدريش هوند في عام 1927 ومنذ ذلك الحين كانت مفيدة جدا في المواد الكيميائية الكم والطيفية.

هناك بالفعل ثلاث قواعد هوند المطبقة في كيمياء الكم ؛ ومع ذلك ، فإن أول واحد هو أبسط للفهم الأساسي لكيفية هيكلة الذرة الكترونيا. 

قاعدة Hund الأولى ، قاعدة الحد الأقصى للتعدد ، ضرورية لفهم التكوينات الإلكترونية للعناصر ؛ يحدد ما يجب أن يكون ترتيب الإلكترونات في المدارات لتوليد ذرة (أيون أو جزيء) ذات ثبات أكبر.

على سبيل المثال ، تظهر أربعة سلاسل من التكوينات الإلكترونية في الصورة العليا ؛ الصناديق تمثل المدارات ، والسهام السوداء للإلكترونات.

السلسلة الأولى والثالثة هي الطرق الصحيحة لترتيب الإلكترونات، في حين أن المجموعة الثانية والرابعة تشير إلى انه لا يجب أن توضع في الإلكترونات المدارية.

مؤشر

• 1 ترتيب ملء المدارات وفقا لقاعدة Hund
  • 1.1 تزاوج الدورات
  • 1.2 يدور موازية ومضادة
• 2 التعددية
• 3 تمارين
  • 3.1 الفلور
  • 3.2 التيتانيوم
  • 3.3 الحديد
• 4 المراجع

ترتيب ملء المدارات وفقًا لقاعدة Hund

على الرغم من عدم الإشارة إلى قاعدتي Hund الأخريين ، إلا أن التنفيذ الصحيح لترتيب التعبئة يطبق ضمنيًا هذه القواعد الثلاثة في نفس الوقت.

ما الذي تشترك فيه السلسلة الأولى والثالثة من المدارات في الصورة؟ لماذا هم الصحيح؟ بادئ ذي بدء ، يمكن لكل مداري "الإمساك" إلكترونين فقط ، وهذا هو السبب في اكتمال المربع الأول. لذلك يجب أن يستمر الحشو في الصناديق الثلاثة أو المدارات على اليمين.

تدور الاقتران

يحتوي كل صندوق من السلسلة الأولى على سهم يشير إلى أعلى ، والذي يرمز إلى ثلاثة إلكترونات تدور من نفس الاتجاه. عند الإشارة إلى الأعلى ، فهذا يعني أن قيمها يدور بقيمة +1/2 ، وإذا كانت تشير إلى الأسفل ، فإن قيمها يدور بقيمة -1/2.

لاحظ أن الإلكترونات الثلاثة تشغل مدارات مختلفة ، لكن مع يدور غير الزوجية.

في السلسلة الثالثة ، يقع الإلكترون السادس مع تدور في الاتجاه المعاكس ، -1/2. ليس هذا هو الحال بالنسبة للسلسلة الرابعة ، حيث يدخل هذا الإلكترون في المدار بتدوير +1 / 2.

وهكذا ، فإن الإلكترونين ، مثلهما في ذلك مثل المدار الأول ، سيكون لهما يدور يقترن (واحد مع الدوران +1/2 والآخر مع الدوران -1/2).

تنتهك السلسلة الرابعة من الصناديق أو المدارات مبدأ إقصاء باولي ، الذي ينص على أنه لا يمكن لأي إلكترون أن يحمل نفس أرقام الكم الأربعة. يسير حكم هند ومبدأ استبعاد باولي جنبًا إلى جنب.

لذلك ، يجب أن توضع الأسهم بطريقة تظل مفككة حتى تشغل جميع الصناديق ؛ ثم ينتهون من ملء الأسهم التي تشير في الاتجاه المعاكس.

يدور موازية ومضادة

لا يكفي أن تقترن الإلكترونات بها: يجب أن تكون متوازية أيضًا. ويضمن هذا في تمثيل الصناديق والسهام عن طريق وضع الأخير مع نهاياتهم موازية لبعضها البعض.

تعرض السلسلة الثانية الخطأ الذي يواجهه الإلكترون الموجود في المربع الثالث في دورانه المعاكس للعكس بالنسبة للآخرين.

وبالتالي ، يمكن تلخيص أن الحالة الأساسية للذرة هي تلك التي تلتزم بقواعد Hund ، وبالتالي فهي تتمتع بالبنية الإلكترونية الأكثر استقرارًا.

ينص الأساس النظري والتجريبي على أنه عندما تحتوي الذرة على إلكترونات ذات عدد أكبر من الدورات الدورانية غير المتوازنة ، فإنها تستقر نتيجة لزيادة التفاعلات الإلكتروستاتيكية بين النواة والإلكترونات ؛ الزيادة التي ترجع إلى انخفاض تأثير التدريع.

تعددية

تم ذكر كلمة "التعددية" في البداية ، لكن ماذا تعني في هذا السياق؟ تنص القاعدة الأولى لهوند على أن الحالة الأكثر استقرارًا للذرة هي تلك التي لديها أكبر عدد من التعددية الدورانية ؛ بمعنى آخر ، الشخص الذي يقدم مداراته التي تحتوي على أكبر عدد من الإلكترونات غير الزوجية.

الصيغة لحساب تعدد تدور هو

2S + 1

حيث يساوي S عدد الإلكترونات المفردة مضروبة 1/2. وبالتالي، وجود العديد من الهياكل الإلكترونية مع نفس العدد من الإلكترونات يمكن تقدير 2S + 1 لكل واحد مع أكبر قيمة تعدد يكون أكثر استقرارا.

يمكن حساب تعدد التدوير في السلسلة الأولى من المدارات بثلاثة إلكترونات مع دورانها غير المتزاوج والمتزوج:

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

ثم التعددية هي

2 (3/2) + 1 = 4

هذه هي القاعدة الأولى لهوند. يجب أن يتوافق التكوين الأكثر ثباتًا أيضًا مع معايير أخرى ، ولكن لأغراض الفهم الكيميائي ليست ضرورية تمامًا.

تدريب

فلور

تعتبر طبقة التكافؤ فقط ، حيث يُفترض أن الطبقة الداخلية مملوءة بالفعل بالإلكترونات. التكوين الإلكتروني للفلور هو [2]²2P⁵.

يجب عليك ملء المداري 2s أولاً ثم المدارات p ثلاثة. لملء المداري 2s مع الإلكترونين يكفي لوضعهم في الطريقة التي تدور بها تدور.

يتم ترتيب الإلكترونات الخمسة الأخرى للمدارات الثلاثة عيار 2 كما هو موضح أدناه

يمثل السهم الأحمر آخر إلكترون يملأ المدارات. لاحظ أن الإلكترونات الثلاثة الأولى التي تدخل المدارات 2p توضع دون عوائق وتكون دورانها متوازيًا.

بعد ذلك ، من الإلكترون الرابع ، يبدأ في إقران تدور -1/2 مع الإلكترون الآخر. الإلكترون الخامس والأخير يتابع بنفس الطريقة.

التيتانيوم

التكوين الإلكتروني للتيتانيوم هو [Ar] ثلاثي الأبعاد²4S². نظرًا لوجود خمس مدارات مدارية ، يُقترح البدء من الجانب الأيسر:

هذه المرة تم عرض ملء المداري 4S. كما الإلكترونات اثنين فقط موجودة في المدارات 3D، وليس هناك مشاكل تقريبا أو الارتباك عند وضع يدور المفردة وموازية لها (الأسهم الزرقاء).

حديد

مثال آخر ، وأخيراً ، هو الحديد ، وهو معدن يحتوي على عدد أكبر من الإلكترونات في مداراته أكثر من التيتانيوم. التكوين الإلكتروني هو [Ar] ثلاثي الأبعاد⁶4S².

إذا لم يكن الأمر يتعلق بحكم هوند ومبدأ استبعاد باولي ، فلن يكون من المعروف كيفية التخلص من هذه الإلكترونات الستة في مداراتها الخمسة..

على الرغم من أنه قد يبدو سهلاً ، إلا أنه بدون هذه القواعد يمكن أن تنشأ العديد من الاحتمالات الخاطئة فيما يتعلق بترتيب ملء المدارات.

وبفضل هذه، هو التقدم المنطقي ورتابة السهم الذهبي، وهو لا يزيد عن الإلكترون الماضي لتوضع في المدار.

مراجع

1. سيرواي وجويت. (2009). الفيزياء: للعلوم والهندسة مع الفيزياء الحديثة. المجلد 2. (الطبعة السابعة). Cengage التعلم.
2. Glasstone. (1970). كتاب الكيمياء الفيزيائية. في الحركية الكيميائية. الطبعة الثانية. د. فان نوستراند ، شركة.
3. منديز (21 مارس 2012). حكم هوند. تم الاسترجاع من: quimica.laguia2000.com
4. ويكيبيديا. (2018). حكم هوند من أقصى التعددية. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
5. كيمياء LibreTexts. (23 أغسطس 2017). قواعد هوند تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
6. السفينة ر. (2016). قواعد هوند تم الاسترجاع من: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu