REGULA SUTEI SAU PRINCIPIUL MULTIPLICITĂȚII MAXIME - CHIMIE - 2025

Hund e regula multiplicității maxime sau principiu stabilit, empiric, cum să se ocupe electronii orbitali degenera în energie. Această regulă, așa cum sugerează și numele său, a provenit de la fizicianul german Friedrich Hund, în 1927, și de atunci a fost de mare folos în chimia cuantică și spectroscopică.

Există de fapt trei reguli de Hund aplicate în chimia cuantică; cu toate acestea, primul este cel mai simplu pentru înțelegerea de bază a modului de a structura electronic un atom.

Sursa: Gabriel Bolívar

Prima regulă a lui Hund, cea a maximului multiplicității, este esențială pentru a înțelege configurațiile electronice ale elementelor; stabilește care trebuie să fie ordonarea electronilor în orbitali pentru a genera un atom (ion sau moleculă) cu o stabilitate mai mare.

De exemplu, imaginea de mai sus arată patru serii de configurații de electroni; casetele reprezintă orbitalii, iar săgețile negre reprezintă electronii.

Prima și a treia serie corespund unor modalități corecte de aranjare a electronilor, în timp ce a doua și a patra serie indică modul în care electronii nu trebuie să fie plasați pe orbitali.

Comanda de umplere orbitală conform regulii lui Hund

Deși nu se menționează celelalte două reguli de Hund, executarea corectă a ordinului de completare implică aplicarea acestor trei reguli în același timp.

Ce au în comun prima și a treia serie de orbitale din imagine? De ce sunt corecte? Pentru început, fiecare orbital poate „găzdui” doar doi electroni, motiv pentru care prima cutie este completă. Prin urmare, umplerea trebuie să continue cu cele trei cutii sau orbitale din dreapta.

Împerecherea rotativă

Fiecare casetă a primei serii are o săgeată orientată în sus, ceea ce simbolizează trei electroni cu rotiri în aceeași direcție. Când indicați în sus, înseamnă că rotirile lor au o valoare de +1/2, iar dacă se orientează în jos, rotirile lor vor avea valori de -1/2.

Rețineți că cei trei electroni ocupă orbitale diferite, dar cu rotiri nepereche.

În a treia serie, al șaselea electron este localizat cu o rotire în direcția opusă, -1/2. Nu este cazul celei de-a patra serii, în care acest electron intră pe orbital cu un spin de +1/2.

Și astfel, cei doi electroni, precum cei din primul orbital, își vor împlini rotirile (unul cu spin +1/2 și celălalt cu spin -1/2).

A patra serie de cutii sau orbitale încalcă principiul excluderii Pauli, care afirmă că niciun electron nu poate avea aceleași patru numere cuantice. Domnia lui Hund și principiul excluderii lui Pauli merg întotdeauna mână în mână.

Prin urmare, săgețile trebuie așezate astfel încât să nu fie împerecheate până când nu ocupă toate casetele; și imediat după aceea, sunt completate cu săgețile orientate în direcția opusă.

Rotiri paralele și antiparalele

Nu este suficient ca electronii să-și împlinească rotirile: trebuie, de asemenea, să fie paralele. Aceasta în reprezentarea casetelor și săgeților este garantată prin plasarea acestora din urmă cu capetele lor paralele între ele.

A doua serie prezintă eroarea conform căreia electronul din a treia casetă își întâlnește rotirea într-un sens antiparalel în raport cu ceilalți.

Astfel, se poate rezuma că starea la sol a unui atom este una care se supune regulilor lui Hund și, prin urmare, are cea mai stabilă structură electronică.

Baza teoretică și experimentală afirmă că atunci când un atom are electroni cu un număr mai mare de rotiri nepereche și paralele, acesta se stabilizează ca urmare a creșterii interacțiunilor electrostatice dintre nucleu și electroni; creștere care se datorează scăderii efectului de ecranare.

Multiplicitate

Cuvântul „multiplicitate” a fost menționat la început, dar ce înseamnă în acest context? Prima regulă a lui Hund stabilește că cea mai stabilă stare a solului pentru un atom este cea care prezintă un număr mai mare de multiplicitate de spin; cu alte cuvinte, cel care prezintă orbitalele sale cu cel mai mare număr de electroni neperecheți.

Formula pentru calcularea multiplicității spinului este

2S + 1

În cazul în care S este egal cu numărul de electroni neperecheți înmulțit cu 1/2. Astfel, având mai multe structuri electronice cu același număr de electroni, 2S + 1 poate fi estimat pentru fiecare, iar cel cu cea mai mare valoare de multiplicitate va fi cel mai stabil.

Puteți calcula multiplicitatea spinului pentru prima serie de orbitali cu trei electroni, cu rotirile lor inegalabile și paralele:

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

Iar multiplicitatea este atunci

2 (3/2) + 1 = 4

Aceasta este prima regulă a lui Hund. Cea mai stabilă configurație trebuie să îndeplinească și alți parametri, dar în scopuri de înțelegere a substanțelor chimice nu sunt în întregime necesare.

Exerciții

Fluor

Se consideră doar învelișul de valență, deoarece se presupune că învelișul interior este deja umplut cu electroni. Configurația electronilor a fluorului este deci 2s ² 2p ⁵ .

Un orbital 2s trebuie umplut mai întâi și apoi trei orbitali p. Pentru a umple orbitalul 2s cu cei doi electroni, este suficient să le așezați astfel încât rotirile lor să fie împerecheate.

Ceilalți cinci electroni pentru cei trei orbitali de 2p sunt aranjați așa cum este ilustrat mai jos.

Sursa: Gabriel Bolívar

Săgeata roșie reprezintă ultimul electron care a umplut orbitalii. Rețineți că primii trei electroni care intră pe orbitalele 2p sunt așezați neperecheți și cu rotirile lor paralele.

Apoi, de la al patrulea electron, începe să-și asocieze spinul -1/2 cu celălalt electron. Al cincilea și ultimul electron procedează în același mod.

Titan

Configurația electronilor din titan este 3d ² 4s ² . Deoarece există cinci d orbitali, se recomandă să începeți pe partea stângă:

Sursa: Gabriel Bolívar

De data aceasta s-a arătat umplerea orbitalului 4s. Deoarece există doar doi electroni pe orbitalii 3d, nu există aproape nici o problemă sau confuzie atunci când le așezați cu rotirile lor nepereche și paralele (săgeți albastre).

Fier

Un alt exemplu și, în sfârșit, este fierul, un metal care are mai mulți electroni în orbitalele sale decât titanul. Configurația electronilor este 3d ⁶ 4s ² .

Dacă nu ar fi fost regula lui Hund și principiul excluderii lui Pauli, nu am ști să aranjăm astfel de șase electroni în orbitalele lor de cinci d.

Sursa: Gabriel Bolívar

Deși poate părea ușor, fără aceste reguli ar putea apărea multe posibilități greșite în ceea ce privește ordinea completării orbitalelor.

Datorită acestora, avansul săgeții de aur este logic și monoton, care nu este altceva decât ultimul electron care este plasat pe orbitali.

Referințe

1. Serway & Jewett. (2009). Fizică: pentru știință și inginerie cu fizică modernă. Volumul 2. (a șaptea ediție). Cengage Learning.
2. Glasstone. (1970). Manual de chimie fizică. În cinetica chimică. A doua editie. D. Van Nostrand, Company, Inc.
3. Méndez A. (21 martie 2012). Domnia lui Hund. Recuperat din: quimica.laguia2000.com
4. Wikipedia. (2018). Regula lui Hund de multiplu maxim. Recuperat de la: en.wikipedia.org
5. Chimie LibreTexturi. (23 august 2017). Regulile lui Hund. Recuperat din: chem.libretexts.org
6. Nave R. (2016). Regulile lui Hund. Recuperat din: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu