Mikä on Hundin sääntö?

Fysiikassa käytetty Hundin sääntö koskee elektronien järjestystä atomin orbitaaleilla. Hundin sääntö osoittaa, että minkä tahansa orbitaaliryhmän tai alikuorien energiatasolla jokaisella kiertoradalla on oltava yksi elektroni, joka pyörii samaan suuntaan, ennen kuin elektronit voidaan muodostaa pariksi kiertoradalle. Sääntö on tärkeä tiettyjen atomien käyttäytymisten, kuten metallien magnetismin, ymmärtämiseksi.

Atomin keskellä on ydin. Ydin sisältää hiukkasia, joita kutsutaan protoneiksi – jotka ovat positiivisesti varautuneita – ja neutroneiksi kutsuttuja hiukkasia, jotka ovat neutraaleja. Ytimen ympärillä liikkuu pieniä hiukkasia, joita kutsutaan elektroneiksi, jotka ovat negatiivisesti varautuneita. Elektronit liikkuvat tai pyörivät tietyillä ytimen ympärillä olevilla alueilla, joita kutsutaan orbitaaleiksi, ja niillä voi olla yksi toinen elektroni, joka jakaa radansa. Kun näin tapahtuu, elektronit pyörivät vastakkaisiin suuntiin.

Kierrosten lisäksi elektroniradit määritellään myös alikuorilla ja energiatasolla. Alakuoret on merkitty kirjaimilla s, p, d ja f, ja ne osoittavat tiettyjä kiertoradia tai orbitaaliryhmiä, joita esiintyy atomien eri energiatasoilla. Perustilan energiatasoja on neljä, jotka sisältävät enemmän alikuoria niiden kasvaessa. Esimerkiksi ensimmäinen energiataso sisältää vain s alikuoren, toisella energiatasolla on s alikuori ja ap alikuori jne. Yksinkertaisesti sanottuna, mitä enemmän elektroneja atomilla on, sitä enemmän on alikuoria ja energiatasoja.

Esimerkiksi vety sisältää vain yhden elektronin, joten sillä on vain yksi alikuori, s ensimmäisellä energiatasolla. Sitä vastoin rauta sisältää 26 elektronia, joten sillä on neljä sekuntia, yksi kullekin energiatasolle; kaksi p alikuorta, joista kukin sisältää kolme orbitaalia, jotka sijaitsevat energiatasoilla kaksi ja kolme; ja yksi d alikuori, joka sisältää viisi orbitaalia, energiatasolla kolme.

Keskittymällä ulkokuoreen Hundin sääntö määrittää, miten elektronit on järjestetty orbitaaleille tai niiden kokoonpano. Hundin säännön mukaan elektronien on aina täytettävä kaikki tyhjät orbitaalit alikuorissa, ennen kuin ne muodostavat parin elektronien kanssa, rakennettaessa käsityksiä siitä, että vain kaksi elektronia voi ottaa tietyn kiertoradan ja elektronit samalla kiertoradalla vastakkaisiin suuntiin. Siinä sanotaan myös, että täytettäessä tyhjiä orbitaaleja jokaisen parittoman elektronin on pyöritettävä samaan suuntaan. Koska alikuoren on oltava täysin täynnä, ennen kuin elektronit täyttävät muut kuoret, tämä sääntö tulee todella voimaan vain viimeisen täytetyn alikuoren kohdalla.

Esimerkiksi raudan 26 elektronia täyttävät kaikki sen alikuoret täysin viimeiseen, 3d -alikuoriin asti. Täällä on jäljellä kuusi elektronia täyttämään viisi orbitaalia. Ensimmäiset viisi elektronia, jotka kaikki pyörivät samaan suuntaan, kulkevat kiertoradan, ja kuudes muodostaa parin elektronin kanssa ensimmäisellä kiertoradalla, pyörii vastakkaiseen suuntaan. Tämä ilmiö, jossa useat parittomat elektronit pyörivät samaan suuntaan, sallii esineiden magneettistumisen. Sitä vastoin, kun kaikki ulkokuoren elektronit on paritettu, kuten jalokaasujen kanssa, atomit ovat täysin stabiileja.