כלל או עיקרון של ריבוי מרבי - כִּימִיָה - 2025

הונט של שלטון ריבוי מקסימאלי או העיקרון הוקם, באופן אמפירי, איך לכבוש האלקטרונים מסלולית להידרדר אנרגיה. כלל זה, כשמו לבדו, הגיע מהפיזיקאי הגרמני פרידריך הונד, בשנת 1927, ומאז הוא שימושי מאוד בכימיה ספקטרוסקופית וקוונטית.

ישנם למעשה שלושה כללים של Hund המיושמים בכימיה קוונטית; עם זאת, הראשון הוא הפשוט ביותר להבנה הבסיסית כיצד לבנות אטום אלקטרונית.

מקור: גבריאל בוליבר

הכלל הראשון של Hund, זה של ריבוי מרבי, חיוני להבנת התצורות האלקטרוניות של האלמנטים; קובע מה צריך להיות הסדר של האלקטרונים באורביטלים כדי ליצור אטום (יון או מולקולה) ביציבות גבוהה יותר.

לדוגמה, התמונה שלמעלה מציגה ארבע סדרות של תצורות אלקטרונים; התיבות מייצגות את האורביטלים והחצים השחורים מייצגים את האלקטרונים.

הסדרה הראשונה והשלישית תואמות דרכים נכונות לסידור האלקטרונים, ואילו הסדרה השנייה והרביעית מציינות כיצד אין להציב את האלקטרונים במסלול.

סדר מילוי מסלולי לפי הכלל של הונד

אף על פי שאין כל אזכור לשני כללי ה- Hund האחרים, ביצוע נכון של צו המילוי מיישם באופן מרומז את שלושת הכללים הללו בו זמנית.

מה משותף לסדרת האורביטלים הראשונה והשלישית בתמונה? מדוע הם נכונים? בתור התחלה, כל מסלול יכול "להכיל" שני אלקטרונים בלבד, וזו הסיבה שהתיבה הראשונה הושלמה. המילוי חייב אפוא להמשיך עם שלוש התיבות או האורביטלים מימין.

הזדווגות ספין

לכל תיבה בסדרה הראשונה יש חץ שמכוון כלפי מעלה, המסמל שלושה אלקטרונים עם ספינים באותו כיוון. כאשר מצביעים כלפי מעלה זה אומר שלסיבובים שלהם יש ערך של +1/2, ואם הם מצביעים כלפי מטה, לספינים שלהם יהיו ערכים של -1/2.

שימו לב ששלושת האלקטרונים תופסים אורביטלים שונים, אך עם ספינים לא צמודים.

בסדרה השלישית האלקטרון השישי ממוקם עם סיבוב בכיוון ההפוך, -1/2. זה לא המקרה לסדרה הרביעית, בה האלקטרון הזה נכנס למסלול עם סיבוב של +1/2.

וכך, לשני האלקטרונים, כמו אלה של המסלול הראשון, יש קשר בין הסיבובים שלהם (אחד עם ספין +1/2 והשני עם ספין -1/2).

סדרת התיבות הרביעית או האורביטליות מפרה את עקרון ההדרה של פאולי, הקובע כי לאף אלקטרון לא יכול להיות אותם ארבעה מספרים קוונטיים. שלטונו של הונד ועיקרון ההדרה של פאולי הולכים תמיד יד ביד.

לפיכך, יש להציב את החיצים בצורה כזו שהם לא יותאמו עד שהם תופסים את כל התיבות; ומיד אחר כך הם משלימים עם החצים שמכוונים בכיוון ההפוך.

ספינים מקבילים ואנטי-פראלליים

לא די בכך שהאלקטרונים מקושרים את הספינים שלהם: הם חייבים להיות גם מקבילים. זה בייצוג תיבות וחצים מובטח על ידי הצבת האחרונים עם קצותיהם מקבילים זה לזה.

הסדרה השנייה מציגה את השגיאה בכך שהאלקטרון בתיבה השלישית פוגש את הסיבוב שלו במובן האנטי-פאראללי ביחס לאחרים.

לפיכך, ניתן לסכם שמצבו הקרקעי של אטום הוא כזה המציית לחוקים של הונד, ולכן הוא בעל המבנה האלקטרוני היציב ביותר.

הבסיס התיאורטי והניסוי קובע שכאשר לאטום יש אלקטרונים עם מספר גדול יותר של ספינים לא צמודים ומקבילים, הוא מתייצב כתוצאה מגידול באינטראקציות האלקטרוסטטיות בין הגרעין לאלקטרונים; עלייה הנובעת מירידה באפקט הסיכוך.

ריבוי

המלה 'ריבוי' הוזכרה בתחילת הדרך, אך מה המשמעות בהקשר זה? הכלל הראשון של הונד קובע כי מצב הקרקע היציב ביותר לאטום הוא זה שמציג מספר רב יותר של ריבוי סיבובים; במילים אחרות, זה שמציג את האורביטלים שלו עם המספר הגבוה ביותר של אלקטרונים ללא זיווג.

הנוסחה לחישוב ריבוי הסיבוב היא

2S + 1

כאשר S שווה למספר האלקטרונים הבלתי צמודים כפול 1/2. לפיכך, עם מספר מבנים אלקטרוניים עם מספר זהה של אלקטרונים, ניתן להעריך 2S + 1 עבור כל אחד מהם וזה שיש לו את הערך הכפול ביותר יהיה הכי יציב.

אתה יכול לחשב את ריבוי הסיבוב עבור סדרת האורביטלים הראשונה עם שלושה אלקטרונים עם הספינים שלהם ללא תחרות ומקבילים:

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

והריבוי אז הוא

2 (3/2) + 1 = 4

זה הכלל הראשון של הונד. התצורה היציבה ביותר חייבת לעמוד גם בפרמטרים אחרים, אך למטרות הבנה כימית הן אינן נחוצות לחלוטין.

תרגילים

פלוּאוֹר

רק מעטפת הערכיות נחשבת, שכן ההנחה היא שהקליפה הפנימית כבר מלאה באלקטרונים. תצורת האלקטרונים של פלואור היא אפוא 2s ² 2p ⁵ .

יש למלא תחילה מסלול 2s ואז שלושה אורביטלים p. כדי למלא את מסלול ה- 2 בשני האלקטרונים, די בכדי למקם אותם כך שהספינים שלהם יתאחדו.

חמשת האלקטרונים האחרים לשלושת האורביטלים 2p מסודרים כמוצג להלן.

מקור: גבריאל בוליבר

החץ האדום מייצג את האלקטרון האחרון שממלא את האורביטלים. שימו לב ששלושת האלקטרונים הראשונים שנכנסים לאורביטלים 2p ממוקמים ללא התאמה ועם הספינים שלהם במקביל.

ואז, מהאלקטרון הרביעי, הוא מתחיל לזווג את הסיבוב -1/2 עם האלקטרון האחר. האלקטרון החמישי והאחרון מתרחש באותה צורה.

טִיטָן

תצורת האלקטרונים של טיטניום היא 3d ² 4s ² . מכיוון שיש חמישה אורביטלים ד ', מומלץ להתחיל בצד שמאל:

מקור: גבריאל בוליבר

הפעם הוצגה מילוי מסלול ה- 4s. מכיוון שיש רק שני אלקטרונים במעגל התלת-ממדי, כמעט ואין שום בעיה או בלבול כשמניחים אותם עם הסיבובים הלא-זוגיים והמקבילים שלהם (חצים כחולים).

בַּרזֶל

דוגמא נוספת, ולבסוף, היא ברזל, מתכת שיש בה יותר אלקטרונים באורביטלים שלה מאשר טיטניום. תצורת האלקטרונים שלו היא 3d ⁶ 4s ² .

אלמלא שלטונו של הונד ועיקרון ההרחקה של פאולי, לא היינו יודעים לסדר שישה אלקטרונים כאלה בחמשת האורביטלים שלהם.

מקור: גבריאל בוליבר

למרות שזה אולי נראה קל, ללא כללים אלה עלולות להיווצר אפשרויות שגויות רבות לגבי סדר מילוי האורביטלים.

בזכות אלה, התקדמותו של חץ הזהב היא הגיונית ומונוטונית, שהיא לא יותר מהאלקטרון האחרון שמוצב במסלולי האורביטל.

הפניות

1. סרווי וג'ווט. (2009). פיזיקה: למדע והנדסה עם פיזיקה מודרנית. כרך ב '(מהדורה שביעית). לימוד Cengage.
2. גלססטון. (1970). ספר לימוד של כימיה פיזיקלית. בקינטיקה כימית. מהדורה שנייה. ד. ואן נוסטרנד, חברה בע"מ
3. Méndez A. (21 במרץ 2012). שלטונו של הונד. התאושש מ: quimica.laguia2000.com
4. ויקיפדיה. (2018). הכלל של Hund של ריבוי מרבי. התאושש מ: en.wikipedia.org
5. כימיה LibreTexts. (23 באוגוסט 2017). הכללים של Hund. התאושש מ: chem.libretexts.org
6. נווה ר '(2016). הכללים של Hund. התאושש מ: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu