最大の多重度または原理のフントの法則は、経験的に、軌道電子を占有してエネルギーに分解する方法を確立しました。このルールは、その名前だけが示すように、1927年にドイツの物理学者フリードリッヒフントから来たもので、それ以来、量子化学および分光化学で大いに役立っています。
量子化学には実際には3つのフンドの法則が適用されます。ただし、最初の方法は、原子を電子的に構造化する方法を基本的に理解するには最も簡単です。
出典：ガブリエルボリバル
要素の電子構成を理解するには、最大の多重度というHundの最初のルールが不可欠です。安定性の高い原子（イオンまたは分子）を生成するために、軌道内の電子の順序が何である必要があるかを確立します。
たとえば、上の画像は4つの一連の電子配置を示しています。ボックスは軌道を表し、黒い矢印は電子を表します。
最初と3番目のシリーズは電子を配置する正しい方法に対応し、2番目と4番目のシリーズは電子が軌道に配置されない方法を示します。
フントの法則による軌道充填順序
他の2つのHundルールについての言及はありませんが、約定注文を正しく実行すると、これら3つのルールが同時に暗黙的に適用されます。
画像の最初と3番目の一連の軌道に共通するものは何ですか？なぜ正しいのですか？手始めに、各軌道は2つの電子のみを「収容」できるため、最初のボックスが完成します。したがって、充填は右側の3つのボックスまたは軌道で続行する必要があります。
スピン交配
最初のシリーズの各ボックスには、上向きの矢印があり、同じ方向のスピンを持つ3つの電子を表しています。上向きの場合、それらのスピンの値は+1/2であり、下向きの場合、それらのスピンの値は-1/2になります。
3つの電子は異なる軌道を占有しますが、対になっていないスピンがあることに注意してください。
3番目のシリーズでは、6番目の電子は反対方向のスピン-1/2で配置されます。これは、この電子が+1/2のスピンで軌道に入る第4シリーズの場合とは異なります。
したがって、2つの電子は、最初の軌道の電子と同様に、スピンがペアになります（一方はスピン+1/2、もう一方はスピン-1/2）。
4番目の一連のボックスまたは軌道は、電子が同じ4つの量子数を持つことはできないと述べているパウリの排他原理に違反しています。フントの法則とパウリの除外原則は常に関係しています。
したがって、矢印は、すべてのボックスを占めるまでペアリングされないように配置する必要があります。そしてその直後に、矢印は反対方向を向いて完成します。
平行および反平行スピン
電子のスピンがペアになっているだけでは十分ではありません。それらも平行でなければなりません。これは、ボックスと矢印の表現で、端が互いに平行になるように配置することで保証されます。
2番目のシリーズは、3番目のボックスの電子が他の電子に対して反平行の意味でそのスピンに出会うというエラーを示しています。
したがって、原子の基底状態はフントの法則に従うものであり、したがって最も安定した電子構造を持っていると要約できます。
理論的および実験的基礎によれば、原子に多数の不対平行スピンを持つ電子がある場合、原子核と電子間の静電相互作用の増加の結果として安定します。シールド効果の低下による増加。
多重度
初めに「多重度」という言葉がありましたが、この文脈ではどういう意味でしょうか。フンドの最初のルールは、原子の最も安定した基底状態が、より多くのスピン多重度を示すものであることを確立しています。言い換えると、軌道に不対電子の数が最も多いものです。
スピンの多重度を計算する式は
2S + 1
ここで、Sは、対になっていない電子の数に1/2を掛けた値です。したがって、同じ数の電子を持ついくつかの電子構造を持っている場合、2S + 1はそれぞれについて推定でき、最高の多重度値を持つものが最も安定します。
スピンが非平行で平行な3つの電子を持つ最初の一連の軌道のスピンの多重度を計算できます。
S = 3（1/2）= 3/2
そして多重度は
2（3/2）+ 1 = 4
これはフンドの最初のルールです。最も安定した構成は他のパラメーターも満たす必要がありますが、化学的理解の目的で完全に必要なわけではありません。
演習
ふっ素
内殻はすでに電子で満たされていると想定されているため、価電子殻のみが考慮されます。したがって、フッ素の電子配置は2s 2 2p 5です。
最初に2s軌道を埋め、次に3つのp軌道を埋める必要があります。2s軌道を2つの電子で満たすには、それらのスピンが対になるように配置するだけで十分です。
3つの2p軌道の残りの5つの電子は、次のように配置されます。
出典：ガブリエルボリバル
赤い矢印は、軌道を埋める最後の電子を表します。2p軌道に入る最初の3つの電子は対になっておらず、スピンが平行になっていることに注意してください。
次に、4番目の電子から、スピン-1/2を他の電子と対にし始めます。5番目と最後の電子も同じように進みます。
チタン
チタンの電子配置は3d 2 4s 2です。5つのd軌道があるため、左側から開始することをお勧めします。
出典：ガブリエルボリバル
今回は4s軌道の充てんを示しました。3d軌道には電子が2つしかないので、それらを平行でなく対になっていないスピン（青い矢印）で配置しても、問題や混乱はほとんどありません。
鉄
別の例、そして最後に鉄は、チタンよりもd軌道に多くの電子を持つ金属です。その電子配置は3d 6 4s 2です。
フンドの法則とパウリの排他原理がなければ、このような6つの電子を5つのd軌道に配置する方法はわかりません。
出典：ガブリエルボリバル
簡単に見えるかもしれませんが、これらのルールがないと、軌道の充てんの順序に関して多くの誤った可能性が発生する可能性があります。
これらのおかげで、金色の矢の前進は論理的で単調であり、軌道に配置されている最後の電子に過ぎません。
参考文献
- Serway&Jewett。（2009）。物理学：現代物理学を用いた科学と工学のため。ボリューム2（第7版）。Cengage Learning。
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