Règle ou principe de Hund de multiplicité maximale

1810
Sherman Hoover

La Règle ou principe de Hund de multiplicité maximale établit, empiriquement, comment les électrons orbitaux dégénérés en énergie doivent occuper. Cette règle, comme son seul nom l'indique, est venue du physicien allemand Friedrich Hund, en 1927, et depuis lors, elle a été très utile en chimie quantique et spectroscopique..

Il y a vraiment trois règles de Hund appliquées en chimie quantique; Cependant, le premier est le plus simple pour comprendre comment structurer électroniquement un atome. 

Source: Gabriel Bolívar

La première règle de Hund, celle de la multiplicité maximale, est essentielle pour comprendre les configurations électroniques des éléments; établit quel devrait être l'ordre des électrons dans les orbitales pour générer un atome (ion ou molécule) avec une plus grande stabilité.

Par exemple, l'image ci-dessus montre quatre séries de configurations électroniques; les cases représentent les orbitales et les flèches noires représentent les électrons.

Les première et troisième séries correspondent aux manières correctes de commander les électrons, tandis que les deuxième et quatrième séries indiquent comment les électrons ne doivent pas être placés dans les orbitales..

Index des articles

  • 1 Ordre de remplissage des orbitales selon la règle de Hund
    • 1.1 Appariement de spins
    • 1.2 Tours parallèles et antiparallèles
  • 2 Multiplicité
  • 3 exercices
    • 3.1 Fluor
    • 3.2 Titane
    • 3.3 Fer
  • 4 Références

Ordre de remplissage orbital selon la règle de Hund

Bien qu'aucune mention ne soit faite des deux autres règles Hund, l'exécution correcte de l'ordre de remplissage consiste à appliquer implicitement ces trois règles en même temps..

Qu'ont en commun la première et la troisième série d'orbitales de l'image? Pourquoi ont-ils raison? Pour commencer, chaque orbitale ne peut «loger» que deux électrons, c'est pourquoi la première case est complète. Le remplissage doit donc se poursuivre avec les trois cases ou orbitales à droite.

Accouplement rotatif

Chaque boîte de la première série a une flèche pointant vers le haut, qui symbolise trois électrons avec des spins dans la même direction. Lorsqu'ils pointent vers le haut, cela signifie que leurs tours ont une valeur de +1/2, et s'ils pointent vers le bas, leurs tours auront des valeurs de -1/2.

Notez que les trois électrons occupent des orbitales différentes, mais avec spins non appariés.

Dans la troisième série, le sixième électron est situé avec un spin dans la direction opposée, -1/2. Ce n'est pas le cas pour la quatrième série, où cet électron entre dans l'orbitale avec un spin de +1/2.

Et ainsi, les deux électrons, comme ceux de la première orbitale, auront leur tours jumelés (un avec un spin +1/2 et un avec un spin -1/2).

La quatrième série de boîtes ou orbitales viole le principe d'exclusion de Pauli, qui stipule qu'aucun électron ne peut avoir les quatre mêmes nombres quantiques. La règle de Hund et le principe d'exclusion de Pauli vont toujours de pair.

Par conséquent, les flèches doivent être placées de manière à ne pas être appariées jusqu'à ce qu'elles occupent toutes les cases; et immédiatement après, ils sont complétés avec les flèches pointant dans la direction opposée.

Tours parallèles et antiparallèles

Il ne suffit pas que les électrons aient leurs spins appariés: ils doivent également être parallèles. Ceci dans la représentation des cases et des flèches est garanti en plaçant ces dernières avec leurs extrémités parallèles les unes aux autres..

La deuxième série présente l'erreur que l'électron dans la troisième boîte rencontre son spin dans un sens antiparallèle par rapport aux autres..

Ainsi, on peut résumer que l'état fondamental d'un atome est celui qui obéit aux règles de Hund, et a donc la structure électronique la plus stable..

La base théorique et expérimentale affirme que lorsqu'un atome a des électrons avec un plus grand nombre de spins non appariés et parallèles, il se stabilise à la suite d'une augmentation des interactions électrostatiques entre le noyau et les électrons; augmentation due à la diminution de l'effet de blindage.

Multiplicité

Le mot «multiplicité» a été mentionné au début, mais que signifie-t-il dans ce contexte? La première règle de Hund établit que l'état fondamental le plus stable pour un atome est celui avec le plus grand nombre de multiplicité de spin; en d'autres termes, celui avec ses orbitales avec le plus grand nombre d'électrons non appariés.

La formule pour calculer la multiplicité de la rotation est

2S + 1

Où S est égal au nombre d'électrons non appariés multiplié par 1/2. Ainsi, ayant plusieurs structures électroniques avec le même nombre d'électrons, 2S + 1 peut être estimé pour chacune et celle avec la valeur de multiplicité la plus élevée sera la plus stable..

La multiplicité de spin peut être calculée pour la première série d'orbitales à trois électrons avec leurs spins inégalés et parallèles:

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

Et la multiplicité est alors

2 (3/2) + 1 = 4

C'est la première règle de Hund. La configuration la plus stable doit également respecter d'autres paramètres, mais qui, à des fins de compréhension chimique, ne sont pas entièrement nécessaires..

Exercices

Fluor

Seule la coquille de valence est considérée, car on suppose que la coquille interne est déjà remplie d'électrons. La configuration électronique du fluor est donc [He] 2sdeux2 P5.

Une orbitale 2s doit être remplie en premier, puis trois orbitales p. Pour remplir l'orbitale 2 avec les deux électrons, il suffit de les placer de manière à ce que leurs spins soient appariés.

Les cinq autres électrons pour les trois orbitales 2p sont disposés comme illustré ci-dessous.

Source: Gabriel Bolívar

La flèche rouge représente le dernier électron à remplir les orbitales. Notez que les trois premiers électrons qui entrent dans les orbitales 2p sont placés non appariés et avec leurs spins parallèles.

Puis, à partir du quatrième électron, il commence à appairer son spin -1/2 avec l'autre électron. Le cinquième et dernier électron procède de la même manière.

Titane

La configuration électronique du titane est [Ar] 3ddeux4 sdeux. Puisqu'il y a cinq orbitales d, il est suggéré de commencer par le côté gauche:

Source: Gabriel Bolívar

Cette fois, le remplissage de l'orbitale 4s a été montré. Comme il n'y a que deux électrons dans les orbitales 3D, il n'y a presque aucun problème ou confusion lors de leur placement avec leurs spins non appariés et parallèles (flèches bleues).

Fer

Un autre exemple, et enfin, est le fer, un métal qui a plus d'électrons dans ses orbitales d que le titane. Sa configuration électronique est [Ar] 3d64 sdeux.

Sans la règle de Hund et le principe d'exclusion de Pauli, nous ne saurions pas comment organiser ces six électrons dans leurs cinq orbitales d..

Source: Gabriel Bolívar

Bien que cela puisse sembler facile, sans ces règles, de nombreuses fausses possibilités pourraient survenir concernant l'ordre de remplissage des orbitales..

Grâce à ceux-ci, l'avancée de la flèche d'or est logique et monotone, qui n'est rien de plus que le dernier électron placé dans les orbitales..

Les références

  1. Serway et Jewett. (2009). Physique: pour la science et l'ingénierie avec la physique moderne. Volume 2. (septième édition). Apprentissage Cengage.
  2. Glasstone. (1970). Manuel de chimie physique. Dans Cinétique chimique. Deuxième édition. D. Van Nostrand, Company, Inc.
  3. Méndez A. (21 mars 2012). La règle de Hund. Récupéré de: quimica.laguia2000.com
  4. Wikipédia. (2018). La règle de Hund de la multiplicité maximale. Récupéré de: en.wikipedia.org
  5. Chimie LibreTexts. (23 août 2017). Règles de Hund. Récupéré de: chem.libretexts.org
  6. Nave R. (2016). Règles de Hund. Récupéré de: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

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