フントの法則|物理

フントの最初の規則によると、エネルギーが最も低い原子状態は、開いたサブシェル内の電子の全体的なスピン量子数を最大化する状態です。二重占有の前に、サブシェルの軌道はそれぞれ、平行スピンの電子で単独で占有されています。 (これは、2 人乗りになる前にすべての 2 人乗り座席を個別に埋める傾向があるバス乗客の行動に似ているため、「バスシートルール」と呼ばれることもあります。)

フンドの法則

フントの法則によれば、総スピン状態が高い原子ほど安定することがあります。励起電子配置の状態を決定する場合、この規則はかなり信頼できます (いくつかの例外があります)。フリードリッヒ・フントは 1925 年にそれを発見しました。フントの規則は次のとおりです。サブレベルの軌道が二重に占有される前に、各軌道は個別に占有されます。別々に占有されている軌道内の各電子は、同じスピンを持っています (総スピンを最大化するため)。最大多重度の規則は、フントの規則の別名です。
最初の規則によると、電子はパートナーになる前に常に空の軌道に入らなければなりません。軌道を別の電子と共有する代わりに、電子は自分自身を占有して反発を減らします。量子力学的シミュレーションによると、単独占有軌道の電子は原子核から効率的に保護されていません。
2 番目の規則は、対になっていない単独占有軌道の電子は同じ数のスピンを持つことを示しています。サブ準位の最初の電子は、「スピンアップ」または「スピンダウン」することができます。サブレベルの最初の電子のスピンが決定されると、そのサブレベルの他のすべての電子のスピンは、その最初のスピンによって決定されます。

フントの法則の説明

原子は原子核で構成されており、その周りを電子が異なるエネルギー軌道で周回しています。アウフバウの原理によれば、電子は最初に最低のエネルギー準位を満たし、その後、より高いエネルギー準位に移動します。その結果、電子は別々の原子軌道に配置され、電子配置が形成されます。一方、フントの規則として知られる一連の規則による軌道の充填。対電子と非交配電子は異なる特性を持つため、フントの法則は原子の特性 (特に磁場との相互作用) を予測するのに役立ちます。
原子が互いに接触すると、それらの外部電子または原子価殻が最初に相互作用します。関連する原子の原子価殻が完全でない場合、最も安定性が低くなります (したがって、最も反応性が高くなります)。準元素の化学的挙動は、主にその価電子によって決定されます。化学的特性は、通常、価電子の範囲が等しい部品間で類似しています。準原子のすべての軌道が電子で満たされている場合、それは最も安定しています (したがって非反応性です)。非常に安定しており、一般的に互いに反応しない希ガスは、これらの構成を持っています。

フンドのルールノート

原子のサブシェルへの電子の充填は、フントの最大多重度規則によって処理されます。同じエネルギー軌道を持つサブシェルの異常を減らすことにより、全体的な電子配置の決定に役立ちます。フントの法則は、同じサブシェルの軌道に存在する電子は同じ基準に従うと述べています。原子レベルで電子の基底状態倍数を決定するフントの法則は、相関物理学の基礎の 1 つです。電子が実際の系で原子間を移動すると、一般にバンド理論で表される遍歴が得られます。相関理論の目標は、両極端の間の状態を特徴付ける信頼できるアプローチを提供することです。

フントの法則と電子構成

アウフバウの原理、フントの法則、パウリの排他原理は、周期表の原子の全体的な電子配置を規定する 3 つの重要な法則です。
Aufbau 規則では、エネルギーの最も低い軌道が最初に満たされるように規定されています。
パウリの排他規則によると、軌道内の 2 つの電子が同じスピンを持つことはできません。
フントの法則は、縮退軌道と呼ばれる同じサブシェルに属する軌道の電気的配置に関係しています。

フントの法則の適用

量子化学では、フントの法則が非常に重要です。同じサブシェルの縮退軌道の安定性を示しています。
分光法では、フントの法則を使用して元素の原子スペクトルを構築します。
フントの法則により、スピンの多重度が最大になり、安定した電子配置を決定するのに役立ちます。

結論

Hund の最大多重度規則は、サブシェル軌道で電子を編成するメカニズムを提供します。 Aufbau ルールは、サブシェルのエネルギーレベルに基づいており、どのサブシェルを最初に満たすべきかを決定します。各サブシェル (s、p、d、f) の軌道の数は異なります。フントの法則は、同じサブシェルの軌道を満たす電子が基準に従うと述べています。 2 つ以上の縮退 (つまり、同じエネルギー) 軌道が利用可能な場合、フントの法則に従って、ペアになる前に、それらがすべて半分満たされるまで、1 つの電子がそれぞれに入ります。パウリの排他原理によれば、2 つの電子が同じ量子数のセットによって識別されることはありません。