Regra de multiplicidade máxima de Hund - Hund's rule of maximum multiplicity
A regra de multiplicidade máxima de Hund é uma regra baseada na observação de espectros atômicos, que é usada para prever o estado fundamental de um átomo ou molécula com um ou mais invólucros eletrônicos abertos . A regra afirma que, para uma determinada configuração de elétrons , o termo de menor energia é aquele com o maior valor de multiplicidade de spin . Isso implica que, se dois ou mais orbitais de energia igual estiverem disponíveis, os elétrons os ocuparão individualmente antes de preenchê-los aos pares. A regra, descoberta por Friedrich Hund em 1925, é de uso importante na química atômica, espectroscopia e química quântica , e é freqüentemente abreviada para a regra de Hund , ignorando as outras duas regras de Hund .
Átomos
A multiplicidade de um estado é definida como 2S + 1, onde S é o spin eletrônico total. Um estado de alta multiplicidade é, portanto, o mesmo que um estado de spin alto. O estado de energia mais baixa com multiplicidade máxima geralmente tem elétrons desemparelhados, todos com spin paralelo. Como o spin de cada elétron é 1/2, o spin total é metade do número de elétrons desemparelhados e a multiplicidade é o número de elétrons desemparelhados + 1. Por exemplo, o estado fundamental do átomo de nitrogênio tem três elétrons desemparelhados paralelos spin, de modo que o spin total seja 3/2 e a multiplicidade seja 4.
A energia mais baixa e a estabilidade aumentada do átomo surgem porque o estado de spin alto tem elétrons desemparelhados de spin paralelo, que devem residir em orbitais espaciais diferentes de acordo com o princípio de exclusão de Pauli . Uma explicação inicial, mas incorreta, da energia mais baixa dos estados de alta multiplicidade foi que os diferentes orbitais espaciais ocupados criam uma distância média maior entre os elétrons, reduzindo a energia de repulsão elétron-elétron. No entanto, os cálculos da mecânica quântica com funções de onda precisas desde a década de 1970 mostraram que a verdadeira razão física para o aumento da estabilidade é uma diminuição na triagem das atrações elétron-nucleares, de modo que os elétrons desemparelhados possam se aproximar do núcleo e do elétron -a atração nuclear é aumentada.
Como resultado da regra de Hund, restrições são colocadas na maneira como os orbitais atômicos são preenchidos no estado fundamental usando o princípio de Aufbau . Antes que quaisquer dois elétrons ocupem um orbital em uma sub camada, outros orbitais na mesma sub camada devem primeiro conter um elétron. Além disso, os elétrons que preenchem uma subcamada terão spin paralelo antes que a camada comece a se encher com os elétrons de spin opostos (após o primeiro orbital ganhar um segundo elétron). Como resultado, ao preencher os orbitais atômicos, o número máximo de elétrons desemparelhados (e, portanto, o estado de spin total máximo) é garantido.
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Por exemplo, no átomo de oxigênio, a subcamada 2p 4 organiza seus elétrons como [↑ ↓] [↑] [↑] em vez de [↑ ↓] [↑] [↓] ou [↑ ↓] [↑ ↓] []. O átomo de manganês (Mn) tem uma configuração de elétrons 3d 5 com cinco elétrons desemparelhados, todos de spin paralelo, correspondendo a um estado fundamental 6 S. O sobrescrito 6 é o valor da multiplicidade , correspondendo a cinco elétrons desemparelhados com spin paralelo de acordo com a regra de Hund.
Um átomo pode ter um estado fundamental com duas subcamadas incompletamente preenchidas com energia próxima. O exemplo mais leve é o átomo de cromo (Cr) com uma configuração de elétrons 3d 5 4s. Aqui existem seis elétrons desemparelhados, todos de spin paralelo para um estado fundamental 7 S.
Moléculas
Embora a maioria das moléculas estáveis tenham camadas de elétrons fechadas, algumas têm elétrons desemparelhados para os quais a regra de Hund é aplicável. O exemplo mais importante é a molécula de dioxigênio, O 2 , que tem dois orbitais moleculares degenerados pi anti-ligantes (π *) ocupados por apenas dois elétrons. De acordo com a regra de Hund, o estado fundamental é o oxigênio tripleto com dois elétrons desemparelhados em orbitais ocupados individualmente. O estado de oxigênio singlete com um duplamente ocupado e um vazio π * é um estado excitado com diferentes propriedades químicas e maior reatividade do que o estado fundamental.
Exceção
- Em 2004, pesquisadores relataram a síntese de 5- desidro - m- xilileno (DMX), a primeira molécula orgânica conhecida por violar a regra de Hund.
Veja também
- Complexos de metal de alta rotação .