Правило Гунда
Правило Гунда стверджує, що в наборі вироджених орбіталей електрони спочатку займають різні орбіталі з паралельними спінами, а вже потім спаровуються. Це зазвичай знижує енергію основного стану через квантову просторово-спінову кореляцію.
Вироджені орбіталі
Виродженими називають стани з однаковою енергією в даній моделі. Три p-орбіталі ізольованого атома — типовий приклад до врахування зовнішніх полів або тонких взаємодій.
Як заповнюється p²
Два електрони в p-підоболонці в основному стані розміщуються на двох різних орбіталях з паралельними спінами. Передчасне спарювання в одному орбіталі зазвичай енергетично дорожче.
Не магнітне притягання
Пояснення не полягає в тому, що паралельні спіни класично притягуються. Антисиметрія ферміонної хвильової функції змінює просторову кореляцію електронів і зменшує певні внески відштовхування.
Паулі та Гунд
Паулі визначає заборонені стани; Гунд ранжує енергії серед дозволених розподілів у близьких за енергією орбіталях. Плутати ці функції не слід.
Магнітний наслідок
Неспарені електрони створюють спіновий магнітний момент. Тому конфігурація за Гундом часто безпосередньо передбачає парамагнітну відповідь атома або іона.
Комплекси металів
Поле лігандів може розщепити d-орбіталі. Якщо розщеплення велике, спарювання на нижчому рівні може бути вигіднішим за заселення вищого. Так виникають high-spin та low-spin комплекси.
Межа застосування
Гунд найкраще працює для орбіталей, що справді однакові або близькі за енергією. Не можна вимагати паралельних спінів між станами, які сильно розділені енергетично.
Вуглець і азот
У C два 2p-електрони займають два різні p-орбіталі, а в N три електрони — всі три. Ця проста схема пояснює кількість неспарених електронів і магнітну поведінку.
Термові стани
Для кількох електронів правило Гунда є частиною ширшої системи правил, що визначають повний спін S, орбітальний момент L і повний J атомного терма. Спектроскопія таких термів дає набагато точнішу картину, ніж прості стрілки в коробках, але саме базова ідея максимальної мультиплетності часто правильно визначає найнижчий терм.
Чому правило має фізичний зміст
Паралельні спіни в антисиметричній ферміонній функції пов’язані з меншою ймовірністю знайти електрони в одному й тому самому місці. Це зменшує частину електронного відштовхування і створює енергетичну перевагу без потреби вводити вигадану класичну «силу між спінами».
Вправа
Як розмістяться три електрони у трьох вироджених p-орбіталях?
Розв’язання
По одному в кожному з паралельними спінами: ↑ ↑ ↑, перш ніж почнеться спарювання.