شرح قاعدة هوند لتوزيع الإلكترونات

قاعدة هوند لتوزيع الإلكترونات

تنص قاعدة هوند (بالإنجليزية: Hund's rule) على أن الإلكترونات المتواجدة في الذرة تتوزع في مداراتها الفرعية حول النواة بالترتيب الذي يحقق أكبر استقرار للذرة، حيث إن لكل مدار إلكتروني رئيسي عدة مدارات فرعية تتوزع داخلها الإلكترونات وتدور فيها، وتختلف طاقة دوران الإلكترون تبعاً لمستوى مداره، ومن أجل تحقيق أكبر مستوى استقرار للذرة، فإن الإلكترونات تتوزع بشكل فردي في كل مدار فرعي، ولا تتوزع بشكل مزدوج إلا بعد أن تمتلئ جميع المدارات الفرعية، ويعود ذلك لكون الإلكترونات تحمل شحنات سالبة، فتتنافر من بعضها البعض، ولتحقيق الاستقرار يجب أن تبتعد هذه الشحنات المتنافرة عن بعضها.^[١]

يطلق على هذه القاعدة أيضاً مسمى قاعدة هوند للتعدد الأقصى (بالإنجليزية: Hund's rule of maximum multiplicity) وتنص القاعدة على أنه لأي توزيع إلكتروني، فإن الإلكترونات تملأ المدارات بدءاً بمستويات الطاقة الأقل فالأعلى، حيث تزداد طاقة دوران الإلكترون كلما ازداد مستوى مداره، بالإضافة إلى ذلك، فإنه إذا كان هنالك مدارات فرعية غير مشغولة ولها نفس الكمية من الطاقة، فستبدأ الإلكترونات في شغلها بشكل فردي قبل أن تملأها بشكل زوجي، بسبب التنافر بين شحنات الإلكترونات.^[٢]

مستويات الطاقة للإلكترونات وفقاً لقاعدة هوند

إن الإلكترونات في حركة دورانية دائمة في مداراتها حول النواة، حيث تؤثر طاقة الإلكترونات وأعدادها على الخصائص الكيميائية للعناصر، كما يحدد عدد المدارات المشغولة بالإلكترونات النشاط الكيميائي للعنصر، فكلما زاد عدد الإلكترونات في المدارات كلما قل النشاط الكيميائي للعنصر، ولهذا السبب توصف الغازات النبيلة بأنها عناصر خاملة، حيث أن جميع مداراتها تحتوي على أقصى عدد ممكن من الإلكترونات، مما يعطيها استقراراً عالياً، وبهذا فإنها قلما تدخل في تفاعلات كيميائية، أما الذرات التي تمتلك أعداداً أقل من الإلكترونات في مداراتها، فإنها أقل استقراراً، ولذلك يزداد نشاطها الكيميائي.^[٣]

أمثلة على قاعدة هوند

تمتلك ذرة النيتروجين سبعة إلكترونات، تتوزع هذه الإلكترونات في أغلفتها كالآتي (1s²2s²2p³) حيث:^[٤]

• يدور إلكترونان في المدار الأول باتجاهين متعاكسين بسبب تنافر شحناتهمها.
• يدور إلكترونان في المدار الثاني بنفس الطريقة وباتجاهين متعاكسين.
• تدور ثلاثة إلكترونات في المدار الثالث، لكن هذا المدار يحتوي على ثلاثة مدارات فرعية، وحسب قاعدة هوند، تتوزع الإلكترونات بشكل فردي في كل مدار فرعي، وبما أنها ثلاثة إلكترونات وثلاثة مدارات فرعية، فسوف يدور إلكترون واحد في كل مدار، وستدور جميعها بنفس الاتجاه؛ لأنها بعيدة عن بعضها بعضاً.

أما بالنسبة لذرة أكسجين، فهي تمتلك ثمانية إلكترونات تتوزع في مداراتها كالآتي (1s²2s²2p⁴) حيث:^[٤]

• يدور إلكترونان في المدار الأول باتجاهين متعاكسين بسبب تنافر شحناتهمها.
• يدور إلكترونان في المدار الثاني باتجاهين متعاكسين بسبب تنافر شحناتهمها.
• تدور أربعة إلكترونات في المدار الثالث، لكن هذا المدار يحتوي على ثلاثة مدارات فرعية، وحسب قاعدة هوند، تتوزع الإلكترونات بشكل فردي قبل أن تتوزع بشكل مزدوج، ولذلك، فإنه في البداية سوف تتوزع ثلاثة إلكترونات كل في مدار منفصل على الثلاثة مدارات، أما الإلكترون الرابع والأخير، فسوف يتواجد في المدار الفرعي الأول من هذا المستوى، ليصبح هذا المدار فيه إلكترونين يدوران باتجاهين متعاكسين، حيث تبدأ الإلكترونات بالتوزع بشكل مزدوج فقط بعد امتلاء جميع المدارات الفرعية وفقاً لقاعدة هوند.