ما هو نص قاعدة هوند؟
تنص قاعدة هوند (بالإنجليزية: Hund's rule) على أنه عند توزيع الإلكترونات في مستويات الطاقة الفرعية، فإنه يتم شغل كل مدار في مستوى فرعي بشكل منفرد بالإلكترونات قبل احتلال أي مدار بشكل مضاعف، وجميع الإلكترونات في المدارات المشغولة المنفردة لها نفس الدوران، وذلك لتعظيم الدوران الكلي،[١][٢] وقد تم اكتشاف أو وضع هذه القاعدة في عام 1925م من قبل العالم فريدريش هوند، ولقاعدة هوند تطبيقاتٌ واسعة، إذ تستخدم بشكل رئيسي في الكيمياء الذرية، وكيمياء الكم، والتحليل الطيفي.[٣]
يوضح مبدأ أفباو (بالإنجليزية: Aufbau principle) أن مدارات الطاقة الأقل تُملأ بالإلكترونات أولاً، وبعد ملء مدارات الطاقة المنخفضة، تنتقل الإلكترونات إلى مدارات الطاقة الأعلى، وتكمن مشكلة هذه القاعدة في أنها لا توضح شيئًا عن مدارات 2p الثلاثة، وكيف يتم ملؤها وترتيب الإلكترونات فيها، وهنا تأتي أهمية قاعدة هوند في توضيح كيفية ملء هذه المدارات، ويمكن تفصيل نص قاعدة هوند إلى قاعدتين أساسيتين، وهما:[٤][٣]
- القاعدة الأولى: تتوزع الإلكترونات أولًا بشكل منفرد في جميع مدارات الطاقة الفرعية، حتى تصبح جميع المدارات الفرعية نصف ممتلئة (كل مدار فيه إلكترون واحد فقط)، ثم تبدأ الإلكترونات بالاقتران داخل المدارات النصف ممتلئة ليصبح المدار الواحد ممتلئاً بإلكترونين، وذلك حسب التوزيع الإلكتروني للعنصر.
- القاعدة الثانية: جميع الإلكترونات المنفردة في المدارات المشغولة لها نفس الدوران المغزلي (بالإنجليزية: Spin) إما للأعلى أو للأسفل.
ما هو مبدأ عمل قاعدة هوند؟
عند البدء بتوزيع الإلكترونات إلى المدارات، يسعى الإلكترون أولاً إلى ملء جميع المدارات بطاقة مماثلة قبل الاقتران بإلكترون آخر في مدار نصف ممتلئ، وتميل الذرات في مستويات الطاقة الأرضية إلى امتلاك أكبر عدد ممكن من الإلكترونات غير المتزاوجة، وفي هذه العملية تُظهر الإلكترونات سلوكًا مماثلًا لسلوك أقطاب المغناطيس، فالأقطاب المتشابهة تتنافر إذا اقتربت من بعضها، ونظرًا لأن الإلكترونات سالبة الشحنة تملأ المدارات منفردةً أولًا، فإنها تحاول الابتعاد قدر الإمكان عن بعضها البعض قبل الاضطرار إلى الاقتران بإلكترونٍ آخر تجنباً للتنافر.[٤]
وفقًا للقاعدة الأولى لهوند، تدخل الإلكترونات دائمًا مدارًا فارغًا قبل أن تتزاوج الإلكترونات سالبة الشحنة وتتنافر، ولذلك تميل الإلكترونات إلى تقليل التنافر عن طريق احتلال مداراتها الخاصة بدلاً من مشاركة المدار مع إلكترون آخر، أما بالنسبة للقاعدة الثانية، فإن الإلكترونات المنفردة في المدارات المشغولة لها نفس الدوران، فيمكن أن يكون الإلكترون الأول في المستوى الثانوي ذو دوران "مغزلي للأعلى"، أو ذو دوران "مغزلي للأسفل"، وبمجرد اختيار دوران الإلكترون الأول في أول مستوى فرعي، فإن دوران جميع الإلكترونات الأخرى في هذه المستويات الفرعية تعتمد على دوران الإلكترون الأول، ولتجنب الالتباس، يقوم العلماء عادةً بجعل دوران الإلكترون الأول، وأي إلكترون آخر غير مزدوج، ذو دوران مغزلي للأعلى.[٤]
أمثلة على قاعدة هوند
فيما يأتي بعض الأمثلة التطبيقية على قاعدة هوند:[٤]
أكتب التوزيع الإلكتروني لذرة النيتروجين (عددها الذري 7) موضحًا ذلك باستخدام قاعدة هوند.
التوزيع الإلكتروني للنيتروجين هو: 1s2 2s2 2p3
وفقًا لقاعدة هوند فإن جميع مدارات p تكون نصف ممتلئة، فهناك 3 إلكترونات و3 مدارات p، وذلك لأن الإلكترونات الثلاثة في المدار الفرعي 2p سوف تملأ جميع المدارات الفارغة أولاً قبل الاقتران بالإلكترونات الموجودة فيها.
أكتب التوزيع الإلكتروني لذرة الأكسجين (عددها الذري 8) موضحًا ذلك باستخدام قاعدة هوند.
التوزيع الإلكتروني للأكسجين هو: 1s2 2s2 2p4
يحتوي الأكسجين على إلكترون واحد أكثر من النيتروجين، ووفقًا لقاعدة هوند، سيتم احتلال جميع مدارات 2p بإلكترونات منفردة قبل احتلال أي منها بشكل مضاعف، فتصبح جميع المدارات نصف ممتلئة، ثم يتزاوج الإلكترون الأخير مع أحد الإلكترونات المنفردة، ولذلك، فإن اثنين من مدارات p يحتويان على إلكترون واحد، والآخر يحتوي على إلكترونان.
التوزيع الإلكتروني والهدف منه
عندما تتفاعل ذرات عنصر ما مع ذرات عنصر آخر، فإن الإلكترونات الخارجية لهذه الذرات، أو إلكترونات غلاف التكافؤ، هي التي ستتفاعل أولاً، وتكون الذرة أقل استقرارًا (وبالتالي الأكثر تفاعلًا) عندما لا يكون غلاف التكافؤ الخارجي لها ممتلئًا، إذ تعتبر إلكترونات التكافؤ مسؤولة إلى حد كبير عن السلوك الكيميائي للعنصر، فالعناصر التي لها نفس عدد إلكترونات التكافؤ غالبًا ما يكون لها خصائص كيميائية متشابهة.[٤][٣]
يمكن التنبؤ باستقرار العنصر أيضًا عن طريق التوزيع الإلكتروني، إذ تكون الذرة أكثر استقرارًا (وبالتالي لا تتفاعل مع غيرها) عندما تكون كل مداراتها ممتلئة، فالتوزيعات الإلكترونية الأكثر استقرارًا هي تلك التي تحتوي على مستويات طاقة كاملة، وتوجد هذه التوزيعات في الغازات النبيلة، والغازات النبيلة هي عناصر مستقرة جدًا، ولا تتفاعل بسهولة مع أي عناصر أخرى، ويمكن أن يساعد التوزيع الإلكتروني في إجراء تنبؤات حول الطرق التي ستتفاعل بها عناصر معينة، والمركبات الكيميائية أو الجزيئات التي ستشكلها العناصر المختلفة.[٤][٣]
المراجع
- ↑ "Hund's rule", purdue university department of chemistry. Edited.
- ↑ "State Hund's rule", toppr. Edited.
- ^ أ ب ت ث "hunds rule", byjus. Edited.
- ^ أ ب ت ث ج ح "Hund's_Rules", libretexts. Edited.
