قاعدة هوند أو مبدأ التعددية القصوى - كيمياء - 2025

تم تأسيس قاعدة Hund الخاصة بأقصى تعدد أو مبدأ ، تجريبيًا ، حول كيفية احتلال الإلكترونات المدارية وتتحول إلى طاقة. هذه القاعدة ، كما يوحي اسمها وحده ، جاءت من الفيزيائي الألماني فريدريش هوند ، في عام 1927 ، ومنذ ذلك الحين كانت ذات فائدة كبيرة في كيمياء الكم والطيف.

توجد بالفعل ثلاث قواعد لهند مطبقة في كيمياء الكم ؛ ومع ذلك ، فإن الأول هو الأبسط للفهم الأساسي لكيفية بناء الذرة إلكترونيًا.

المصدر: غابرييل بوليفار

قاعدة هوند الأولى ، وهي قاعدة التعددية القصوى ، ضرورية لفهم التكوينات الإلكترونية للعناصر ؛ يحدد ما يجب أن يكون عليه ترتيب الإلكترونات في المدارات لتوليد ذرة (أيون أو جزيء) ذات استقرار أكبر.

على سبيل المثال ، تُظهر الصورة أعلاه أربع سلاسل من تكوينات الإلكترون ؛ الصناديق تمثل المدارات ، والسهام السوداء تمثل الإلكترونات.

تتوافق السلسلتان الأولى والثالثة مع الطرق الصحيحة لترتيب الإلكترونات ، بينما تشير السلسلتان الثانية والرابعة إلى كيفية عدم وضع الإلكترونات في المدارات.

ترتيب الملء المداري وفقًا لقاعدة Hund

على الرغم من عدم ذكر قاعدتي Hund الأخريين ، إلا أن تنفيذ أمر التعبئة بشكل صحيح يعني تطبيق هذه القواعد الثلاثة في نفس الوقت.

ما هو القاسم المشترك بين السلسلتين الأولى والثالثة من المدارات في الصورة؟ لماذا هم على صواب؟ بالنسبة للمبتدئين ، يمكن لكل مدار أن "يؤوي" إلكترونين فقط ، وهذا هو سبب اكتمال الصندوق الأول. لذلك يجب أن يستمر الملء مع الصناديق الثلاثة أو المدارات الموجودة على اليمين.

تزاوج تدور

يحتوي كل صندوق من السلسلة الأولى على سهم يشير لأعلى ، والذي يرمز إلى ثلاثة إلكترونات تدور في نفس الاتجاه. عند الإشارة لأعلى ، فهذا يعني أن لفاتهم قيمة +1/2 ، وإذا كانت تدور لأسفل ، فستكون لفاتهم قيمة -1/2.

لاحظ أن الإلكترونات الثلاثة تشغل مدارات مختلفة ، لكن مع دوران غير مزدوج.

في السلسلة الثالثة ، يقع الإلكترون السادس مع دوران في الاتجاه المعاكس ، -1/2. ليس هذا هو الحال بالنسبة للسلسلة الرابعة ، حيث يدخل هذا الإلكترون إلى المدار بلف +1/2.

وهكذا ، فإن الإلكترونين ، مثل إلكترون المدار الأول ، سيتم إقرانهما (إحداهما تدور +1/2 والأخرى تدور -1/2).

تنتهك السلسلة الرابعة من الصناديق أو المدارات مبدأ استبعاد باولي ، الذي ينص على أنه لا يمكن لأي إلكترون أن يكون له نفس الأرقام الكمية الأربعة. دائمًا ما يسير حكم هوند ومبدأ استبعاد باولي جنبًا إلى جنب.

لذلك ، يجب وضع الأسهم بطريقة تجعلها غير زوجية حتى تشغل جميع الصناديق ؛ وبعد ذلك مباشرة ، يتم استكمالها بالسهام التي تشير إلى الاتجاه المعاكس.

يدور متوازية ومضادة

لا يكفي أن يتم إقران دوران الإلكترونات: يجب أن تكون أيضًا متوازية. يتم ضمان هذا في تمثيل الصناديق والسهام بوضع الأخير مع نهاياتهما موازية لبعضهما البعض.

تعرض السلسلة الثانية الخطأ المتمثل في أن الإلكترون الموجود في المربع الثالث يلتقي بتدويره بمعنى مضاد للتوازي فيما يتعلق بالآخرين.

وبالتالي ، يمكن تلخيص أن الحالة الأساسية للذرة هي الحالة التي تخضع لقواعد هوند ، وبالتالي فهي تتمتع بالبنية الإلكترونية الأكثر استقرارًا.

ينص الأساس النظري والتجريبي على أنه عندما تحتوي الذرة على إلكترونات بعدد أكبر من الدورات غير المزدوجة والمتوازية ، فإنها تستقر نتيجة لزيادة التفاعلات الكهروستاتيكية بين النواة والإلكترونات ؛ زيادة بسبب انخفاض تأثير التدريع.

تعدد

وردت كلمة تعدد في البداية ، ولكن ماذا تعني في هذا السياق؟ تنص قاعدة Hund الأولى على أن الحالة الأساسية الأكثر استقرارًا للذرة هي الحالة التي تقدم عددًا أكبر من تعدد اللف المغزلي ؛ بعبارة أخرى ، تلك التي تقدم مداراتها بأكبر عدد من الإلكترونات غير المزاوجة.

صيغة حساب تعدد السبين هي

2S + 1

حيث S يساوي عدد الإلكترونات غير المزاوجة مضروبًا في 1/2. وبالتالي ، مع وجود العديد من الهياكل الإلكترونية مع نفس العدد من الإلكترونات ، يمكن تقدير 2S + 1 لكل منها ، وستكون أكثرها استقرارًا من حيث أعلى قيمة تعدد.

يمكنك حساب تعدد الدوران للسلسلة الأولى من المدارات ذات الثلاثة إلكترونات مع دورانها غير المسبوق والمتوازي:

S = 3 (1/2) = 3/2

والتعددية إذن

2 (3/2) + 1 = 4

هذه هي القاعدة الأولى لهند. يجب أن يفي التكوين الأكثر استقرارًا أيضًا بالمعايير الأخرى ، ولكن لأغراض الفهم الكيميائي ، فهي ليست ضرورية تمامًا.

تمارين

الفلور

يتم اعتبار غلاف التكافؤ فقط ، حيث يُفترض أن الغلاف الداخلي مملوء بالفعل بالإلكترونات. لذلك فإن التكوين الإلكتروني للفلور هو 2s ² 2p ⁵.

يجب ملء مدار 2s أولاً ثم ثلاثة مدارات p. لملء المدار 2s بالإلكترونين ، يكفي وضعهما بطريقة تقترن بها السبينات.

يتم ترتيب الإلكترونات الخمسة الأخرى لمدارات 2p الثلاثة كما هو موضح أدناه.

المصدر: غابرييل بوليفار

يمثل السهم الأحمر آخر إلكترون يملأ المدارات. لاحظ أن الإلكترونات الثلاثة الأولى التي تدخل المدارات 2p يتم وضعها بدون أزواج وتكون لفاتها متوازية.

ثم ، من الإلكترون الرابع ، يبدأ في إقران دورانه -1/2 مع الإلكترون الآخر. يسير الإلكترون الخامس والأخير بنفس الطريقة.

التيتانيوم

التكوين الإلكتروني للتيتانيوم هو 3d ² 4s ². نظرًا لوجود خمسة مدارات d ، يُقترح البدء من الجانب الأيسر:

المصدر: غابرييل بوليفار

هذه المرة تم عرض ملء المدار 4s. نظرًا لوجود إلكترونين فقط في المدارات ثلاثية الأبعاد ، فلا توجد مشكلة أو ارتباك تقريبًا عند وضعها مع لفاتهم غير المزدوجة والمتوازية (الأسهم الزرقاء).

حديد

مثال آخر ، وأخيرًا ، هو الحديد ، وهو معدن به إلكترونات في مداراته d أكثر من التيتانيوم. تكوين الإلكترون الخاص به هو 3d ⁶ 4s ².

لولا قاعدة هوند ومبدأ استبعاد باولي ، لما عرفنا كيفية ترتيب هذه الإلكترونات الستة في مداراتها الخمسة d.

المصدر: غابرييل بوليفار

على الرغم من أن الأمر قد يبدو سهلاً ، إلا أنه بدون هذه القواعد يمكن أن تنشأ العديد من الاحتمالات الخاطئة فيما يتعلق بترتيب ملء المدارات.

بفضل هؤلاء ، فإن تقدم السهم الذهبي أمر منطقي ورتيب ، وهو ليس أكثر من آخر إلكترون يتم وضعه في المدارات.

المراجع

1. سيرواي وجويت. (2009). الفيزياء: للعلوم والهندسة مع الفيزياء الحديثة. المجلد 2. (الطبعة السابعة). سينجاج ليرنينج.
2. جلاسستون. (1970). كتاب الكيمياء الفيزيائية. في الحركية الكيميائية. الطبعة الثانية. D. Van Nostrand، Company، Inc.
3. منديز أ. (21 مارس 2012). حكم هوند. تم الاسترجاع من: quimica.laguia2000.com
4. ويكيبيديا. (2018). قاعدة هوند ذات التعددية القصوى. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
5. الكيمياء LibreTexts. (23 أغسطس 2017). قواعد هوند. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
6. ناف ر. (2016). قواعد هوند. تم الاسترجاع من: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu