개자리 의 최대 다양성의 원칙의 규칙을 설립, 경험적으로, 점유하는 방법을 궤도 전자가 에너지로 변질. 그 이름만으로도 알 수 있듯이이 규칙은 1927 년 독일의 물리학자인 프리드리히 헌드 (Friedrich Hund)가 만든 것으로, 그 이후로 양자 및 분광 화학에서 많이 사용되었습니다.
실제로 양자 화학에 적용되는 세 가지 Hund의 규칙이 있습니다. 그러나 첫 번째는 원자를 전자적으로 구조화하는 방법에 대한 기본적인 이해를 위해 가장 간단합니다.
출처 : Gabriel Bolívar
Hund의 첫 번째 규칙 인 최대 다중성 규칙은 요소의 전자적 구성을 이해하는 데 필수적입니다. 더 큰 안정성을 가진 원자 (이온 또는 분자)를 생성하기 위해 궤도에서 전자의 순서가 무엇인지 설정합니다.
예를 들어, 위의 이미지는 네 가지 일련의 전자 구성을 보여줍니다. 상자는 궤도를 나타내고 검은 색 화살표는 전자를 나타냅니다.
첫 번째와 세 번째 시리즈는 전자를 배열하는 올바른 방법에 해당하고 두 번째 및 네 번째 시리즈는 전자가 궤도에 배치되지 않아야하는 방법을 나타냅니다.
Hund의 규칙에 따른 궤도 충진 순서
다른 두 개의 Hund 규칙에 대한 언급은 없지만 채우기 순서를 올바르게 실행하는 것은 암시 적으로이 세 가지 규칙을 동시에 적용하는 것입니다.
이미지의 첫 번째와 세 번째 일련의 궤도는 공통점이 무엇입니까? 왜 정확합니까? 우선, 각 궤도는 두 개의 전자 만 "저장"할 수 있으며, 이것이 첫 번째 상자가 완성 된 이유입니다. 따라서 채우기는 오른쪽에있는 세 개의 상자 또는 궤도로 계속되어야합니다.
스핀 짝짓기
첫 번째 시리즈의 각 상자에는 위쪽을 가리키는 화살표가 있으며 이는 같은 방향으로 회전하는 세 개의 전자를 상징합니다. 위를 가리키면 스핀의 값이 +1/2이고 아래를 가리키면 스핀 값이 -1/2임을 의미합니다.
3 개의 전자는 서로 다른 궤도를 차지하지만 짝이없는 스핀을 사용합니다.
세 번째 시리즈에서 여섯 번째 전자는 반대 방향 인 -1/2로 회전합니다. 이 전자가 +1/2의 스핀으로 궤도에 들어가는 네 번째 시리즈의 경우는 그렇지 않습니다.
따라서 두 전자는 첫 번째 궤도의 전자와 마찬가지로 스핀이 쌍을 이룹니다 (하나는 스핀 +1/2, 다른 하나는 스핀 -1/2).
네 번째 일련의 상자 또는 궤도는 전자가 동일한 4 개의 양자 수를 가질 수 없다는 Pauli 배제 원리를 위반합니다. Hund의 규칙과 Pauli의 배제 원칙은 항상 함께 진행됩니다.
따라서 화살표는 모든 상자를 차지할 때까지 쌍을 이루지 않는 방식으로 배치되어야합니다. 그 직후에는 반대 방향을 가리키는 화살표로 완성됩니다.
평행 및 역 평행 스핀
전자의 스핀이 쌍을 이루는 것만으로는 충분하지 않습니다. 전자도 평행해야합니다. 이것은 상자와 화살표의 표현에서 끝이 서로 평행하도록 후자를 배치함으로써 보장됩니다.
두 번째 시리즈는 세 번째 상자의 전자가 다른 상자에 대해 반 평행적인 의미로 스핀을 만나는 오류를 나타냅니다.
따라서 원자의 기저 상태는 Hund의 법칙을 따르는 상태이므로 가장 안정적인 전자 구조를 가지고 있다고 요약 할 수있다.
이론적 및 실험적 근거는 원자가 더 많은 수의 짝을 이루지 않고 평행 한 스핀을 가진 전자를 가질 때, 그것은 핵과 전자 사이의 정전 기적 상호 작용의 증가의 결과로 안정화된다고 말합니다. 차폐 효과의 감소로 인한 증가.
다수
'다중성'이라는 단어는 처음에 언급되었지만이 문맥에서 의미하는 바는 무엇입니까? Hund의 첫 번째 규칙은 원자의 가장 안정적인 기저 상태가 더 많은 수의 스핀 다중성을 제공하는 상태라는 것을 확립합니다. 즉, 가장 많은 수의 짝을 이루지 않은 전자를 가진 궤도를 나타내는 것입니다.
스핀의 다중도를 계산하는 공식은 다음과 같습니다.
2 초 + 1
여기서 S는 짝을 이루지 않은 전자의 수에 1/2을 곱한 것과 같습니다. 따라서 동일한 수의 전자를 가진 여러 전자 구조를 가지면 각각에 대해 2S + 1을 추정 할 수 있으며 가장 높은 다중도 값을 가진 것이 가장 안정적입니다.
스핀이 비할 데없이 평행 한 3 개의 전자가있는 첫 번째 일련의 궤도에 대한 스핀의 다중성을 계산할 수 있습니다.
S = 3 (1/2) = 3/2
그리고 그 다중성은
2 (3/2) + 1 = 4
이것이 Hund의 첫 번째 규칙입니다. 가장 안정적인 구성은 다른 매개 변수도 충족해야하지만 화학적 이해를 위해 완전히 필요한 것은 아닙니다.
식
플루오르
내부 껍질이 이미 전자로 채워져 있다고 가정하기 때문에 원자가 껍질 만 고려됩니다. 따라서 불소의 전자 구성은 2s 2 2p 5 입니다.
2s 궤도를 먼저 채운 다음 3 개의 p 궤도를 채워야합니다. 2s 궤도를 두 전자로 채우려면 스핀이 쌍을 이루는 방식으로 배치하면 충분합니다.
3 개의 2p 궤도에 대한 나머지 5 개의 전자는 아래 그림과 같이 배열됩니다.
출처 : Gabriel Bolívar
빨간색 화살표는 궤도를 채울 마지막 전자를 나타냅니다. 2p 궤도에 들어가는 처음 세 개의 전자는 짝을 이루지 않고 스핀이 평행하게 배치됩니다.
그런 다음 네 번째 전자에서 스핀 -1/2를 다른 전자와 쌍을 이루기 시작합니다. 다섯 번째 전자와 마지막 전자는 같은 방식으로 진행됩니다.
티탄
티타늄의 전자 구성은 3d 2 4s 2 입니다. 5 개의 d 궤도가 있으므로 왼쪽에서 시작하는 것이 좋습니다.
출처 : Gabriel Bolívar
이번에는 4s 궤도의 채우기가 표시되었습니다. 3d 궤도에는 전자가 두 개뿐이므로 짝을 이루지 않고 평행 한 스핀 (파란색 화살표)으로 배치 할 때 거의 문제 나 혼동이 없습니다.
철
마지막으로 티타늄보다 d 궤도에 더 많은 전자를 가진 금속 인 철이 있습니다. 전자 구성은 3d 6 4s 2 입니다.
Hund의 규칙과 Pauli 배제 원리가 아니었다면, 우리는 5d 궤도에서 그러한 6 개의 전자를 배열하는 방법을 알지 못할 것입니다.
출처 : Gabriel Bolívar
쉬운 것처럼 보일 수 있지만 이러한 규칙이 없으면 궤도 채우기 순서와 관련하여 많은 잘못된 가능성이 발생할 수 있습니다.
덕분에 황금 화살의 전진은 논리적이고 단조롭습니다. 이것은 궤도에 배치되는 마지막 전자에 지나지 않습니다.
참고 문헌
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