Mini-kurzus
Hund-szabály
Hund első szabálya szerint azonos energiájú orbitálok betöltésekor az elektronok először külön orbitálokat foglalnak el párhuzamos spinnel, és csak ezután kezdenek párosodni. Ez csökkenti az elektron-elektron taszítás energetikai költségét és kvantummechanikai cserehatással is összefügg.
Degenerált orbitálok
Egy izolált atom p alhéjának három orbitálja külső tér nélkül azonos energiájú. Ha három elektron kerül ide, a kedvező alapállapot mindhárom orbitált egyszeresen tölti be azonos spinirányú elektronokkal, nem pedig egy orbitálban párosít kettőt.
Szén példája
A szén alapállapoti konfigurációja 1s²2s²2p². A két p elektron két külön 2p orbitálba kerül párhuzamos spinnel. Ezért az egyszerű orbitáldiagram két párosítatlan elektront mutat.
Miért kedvező?
Külön orbitálokban az elektronok térben átlagosan kevésbé zsúfolódnak, és az antiszimmetrikus fermion-hullámfüggvény csereenergiája is stabilizálhatja a párhuzamos spinű konfigurációt. A szabály tehát nem puszta rajzolási konvenció.
Kapcsolat a mágnesességgel
Párosítatlan elektronok nettó mágneses momentumot adhatnak, ezért Hund-szabály segít megjósolni, hogy egy atom vagy ion paramágneses lehet-e. Ha minden elektron párosított, a rendszer gyakran diamágneses.
Pauli-elvvel együtt
Hund-szabály nem írhatja felül a Pauli-elvet. Egy orbitálban továbbra is legfeljebb két, ellentétes spinű elektron lehet. Hund csak azt mondja meg, hogyan oszlanak el az elektronok több azonos energiájú orbitál között.
Molekulák és komplexek
Kristály- vagy ligandustér felhasíthatja a d orbitálok energiáját, így már nem mind degenerált. Átmenetifém-komplexekben a párosítási energia és a felhasadás versenye magas- vagy alacsony-spinű állapotot eredményezhet; az egyszerű atomi Hund-kép ilyenkor finomításra szorul.
Nem minden spinpárhuzamosság „mágnes”
A spin kvantumtulajdonság, és az atom teljes mágneses momentuma orbitális hozzájárulást és spin–pálya csatolást is tartalmazhat. A nyilas orbitáldiagram hasznos, de nem minden mágneses részlet teljes modellje.
Multiplicitás
A teljes spinből adódó 2S+1 multiplicitás gyakran nagyobb az alapállapotban, ha degenerált orbitálok elektronjai párhuzamosan rendeződnek. Atomspektroszkópiában ez a termjelölésekben is megjelenik, és összekapcsolja Hund szabályát a mérhető spektrális szerkezettel.
Próbáld ki
Hogyan helyezkedik el három elektron három azonos energiájú p orbitálban az alapállapotban?
Megoldás
Mindhárom orbitál egy-egy elektront kap, párhuzamos spinvetülettel. Párosítás csak a negyedik p elektron hozzáadásakor kezdődik.