Κανόνας του Χουντ

Πότε εφαρμόζεται

Ο κανόνας εφαρμόζεται σε τροχιακά ίδιας ενέργειας, όπως τα τρία p τροχιακά ενός ελεύθερου ατόμου ή τα πέντε d τροχιακά πριν από πρόσθετο διάσπαση.

Δεν αποφασίζει ποια υποστιβάδα γεμίζει πρώτη. Αυτό αφορά τις σχετικές τροχιακές ενέργειες και την Άουφμπαου προσέγγιση.

Παραδείγματα p², p³ και p⁴

Για p², δύο ηλεκτρόνια τοποθετούνται σε δύο διαφορετικά p τροχιακά με παράλληλα περιστροφές: ↑ ↑ _. Για p³: ↑ ↑ ↑.

Για p⁴, αφού κάθε p τροχιακό έχει ένα ηλεκτρόνιο, το τέταρτο αναγκαστικά ζευγαρώνει: ↑↓ ↑ ↑. Το ποιο κουτί σχεδιάζεται πρώτο είναι συμβατικό επειδή τα τροχιακά είναι εκφυλισμένα.

Διαφορά από τον Pauli

Ο Pauli λέει ότι ένα orbital χωρά το πολύ δύο ηλεκτρόνια και αυτά έχουν αντίθετα spins. Ο Hund λέει πώς μοιράζονται ηλεκτρόνια ανάμεσα σε διαφορετικά εκφυλισμένα orbitals.

Ένα διάγραμμα μπορεί να ικανοποιεί τον Pauli αλλά να μην είναι η χαμηλότερης ενέργειας κατανομή σύμφωνα με τον Hund.

Γιατί μειώνεται η ενέργεια

Η φράση «τα ηλεκτρόνια μένουν χωριστά επειδή απωθούνται» είναι ανεπαρκής. Η πραγματική εξήγηση προκύπτει από antisymmetry, exchange interaction και τη συσχέτιση της spatial wavefunction με το spin.

Οι παράλληλες spin states σε διαφορετικά orbitals μπορούν να μειώσουν τη Coulomb repulsion κατά μέσο όρο μέσω της exchange stabilization.

Μαγνητικές συνέπειες

Μονήρη ηλεκτρόνια δίνουν καθαρή spin magnetic moment και συνεισφέρουν σε paramagnetism.

Έτσι το N με 2p³ έχει τρία unpaired electrons, ενώ το Ne με 2p⁶ δεν έχει κανένα και είναι diamagnetic στην απλή atomic picture.

d υποστιβάδα

Η ίδια λογική εφαρμόζεται σε πέντε degenerate d orbitals. Ένα d⁵ free-ion configuration μπορεί να έχει πέντε μονήρη electrons πριν από pairing.

Σε complexes τα d orbitals συχνά παύουν να είναι όλα εκφυλισμένα λόγω ligand-field splitting, οπότε Hund και pairing energy πρέπει να εξεταστούν μαζί με το Δ.

Όρια και ακριβέστερη διατύπωση

Ο Hund είναι κανόνας για lowest-energy arrangement μέσα σε δεδομένο orbital set, όχι ανεξάρτητος νόμος που υπερισχύει όλων των άλλων ενεργειακών διαφορών.

Σε πραγματικά atoms η ground state προκύπτει από many-electron Hamiltonian. Ο κανόνας παραμένει εξαιρετικά χρήσιμη συμπύκνωση του αποτελέσματος.

Λυμένο παράδειγμα