Правило Хунда

Когда применять

Правило относится к орбитали одинаковой энергии, например трём p-орбитали свободного атома.

Оно не определяет, какая подоболочка заполняется раньше; это зависит от орбитальные энергии и Приближение Ауфбау.

p², p³ и p⁴

Для p² два электроны занимают разные p-орбитали с параллельными вращаться: ↑ ↑ _. Для p³ — ↑ ↑ ↑.

Для p⁴ после одиночного заполнения всех трёх p-орбитали четвёртый электрон спаривается: ↑↓ ↑ ↑.

Отличие от Паули

Pauli ограничивает occupancy одной орбитали: максимум два electrons с противоположными spin.

Hund определяет lowest-energy distribution между разными degenerate orbitals. Схема может быть разрешена Паули, но не соответствовать правилу Хунда.

Почему энергия ниже

Фраза 'electrons просто стараются быть подальше' слишком груба. Правильнее говорить об antisymmetry, exchange interaction и связи spin с spatial wavefunction.

Parallel-spin electrons на разных orbitals могут получать exchange stabilization и снижать среднюю Coulomb repulsion.

Магнитные свойства

Unpaired electrons создают spin magnetic moment и приводят к paramagnetism.

N с 2p³ имеет три unpaired electrons, тогда как Ne с 2p⁶ не имеет их и в простой атомной картине diamagnetic.

d-подуровень

Та же логика действует для пяти degenerate d-orbitals. Free-ion d⁵ может иметь пять unpaired electrons до начала pairing.

В complexes ligand-field splitting нарушает полное вырождение, поэтому Hund нужно рассматривать вместе с pairing energy и Δ.

Границы правила

Hund — практическое правило lowest-energy arrangement внутри заданного набора близких по энергии orbitals.

Точный ground state определяется many-electron Hamiltonian; правило Хунда — компактное и очень полезное следствие.

Разобранный пример