Hundin sääntö
Hundin sääntö kertoo, että degeneroituneessa orbitaalijoukossa elektronit miehittävät ensin eri orbitaaleja rinnakkaisilla spineillä ennen parittumista. Järjestys pienentää usein perustilan kokonaisenergiaa ja on olennainen osa elektronikonfiguraatioiden rakentamista.
Degeneroituneet orbitaalit
Degeneroituneet tilat ovat samanenergisiä tarkastellussa mallissa. Vapaan atomin kolme p-orbitaalia muodostavat tavallisen esimerkin ennen ulkoisia kenttiä tai hienorakenteen korjauksia.
p² ja p³
p²-konfiguraatiossa elektronit menevät kahteen eri p-orbitaaliin rinnakkaisilla spineillä. p³:ssa kaikki kolme orbitaalia miehittyvät kerran. Parittuminen alkaa vasta seuraavasta elektronista.
Ei klassinen spinvetovoima
Rinnakkaiset spinit eivät yksinkertaisesti "vedä toisiaan puoleensa". Fermionien antisymmetrinen aaltofunktio muuttaa elektronien avaruudellista korrelaatiota ja vähentää osaa elektronien keskinäisestä hylkimisenergiasta.
Pauli ja Hund
Pauli määrittää kielletyt täydelliset kvanttitilat. Hund valitsee sallittujen, lähes samanenergiaisten miehitysten joukosta usein alimman energian ratkaisun. Säännöillä on siis eri roolit.
Magnetismi
Parittomat elektronit tuottavat spinmagneettisen momentin. Siksi Hundin mukaan rakennettu orbitaalikaavio antaa nopean ensimmäisen arvion para- tai diamagneettisuudesta.
Kompleksit
Ligandikenttä hajottaa d-orbitaalien energioita. Jos hajotus on suuri, alempien tilojen parittaminen voi olla edullisempaa kuin ylemmän orbitaalin miehittäminen. Tästä syntyvät high-spin- ja low-spin-tapaukset.
Termisymbolit
Tarkemmassa atomifysiikassa Hundin säännöt liittyvät kokonais-spiniin S, orbitaalikulmamomenttiin L ja J:hin. Spektrit testaavat näitä termirakenteita kokeellisesti.
Soveltamisraja
Sääntö on tarkoitettu degeneroituneille tai lähes degeneroituneille orbitaaleille. Sitä ei pidä käyttää pakottamaan rinnakkaisia spinejä tilojen välille, joiden energiat ovat jo kaukana toisistaan.
Hiili ja typpi
Hiilen kaksi 2p-elektronia menevät eri orbitaaleihin, typen kolme täyttävät kaikki kolme. Parittomien elektronien määrä voidaan yhdistää suoraan mitattavaan magneettiseen vasteeseen.
Konkreettinen p-alakuoren esimerkki
Hiilen perustilassa kaksi 2p-elektronia sijoittuvat kahteen eri p-orbitaaliin rinnakkaisin spinein sen sijaan, että ne parittuisivat heti samaan orbitaaliin. Typessä kolme 2p-elektronia täyttävät kaikki kolme p-orbitaalia yksittäin. Vasta neljäs p-elektroni aloittaa parittumisen. Tämä selittää, miksi parittomien elektronien määrä ja siitä seuraava paramagnetismi voidaan päätellä suoraan konfiguraatiosta. Tarkemmassa atomifysiikassa samat periaatteet näkyvät myös termisymboleissa ja kokonais-spinissä.
Harjoitus
Miten kolme elektronia sijoittuvat kolmeen degeneroituneeseen p-orbitaaliin?
Ratkaisu
Yksi kuhunkin orbitaaliin rinnakkaisilla spineillä: ↑ ↑ ↑, ennen ensimmäistä parittumista.