• 洪德規則

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    洪德規則

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    原子物理學中,洪德規則是指德國物理學家弗里德里希洪德在1927年前后制定的一套規則,用于確定多電子原子基態對應的術語符號。 xxx條規則在化學中尤為重要,通常簡稱為洪德規則。

    這三個規則是:

    • 對于給定的電子構型,具有xxx多重性的項具有最低的能量。 重數等于 2 S + 1 {\displaystyle 2S+1\ } ,其中 S {\displaystyle S} 是所有電子的總自旋角動量。 多重性也等于未成對電子的數量加一。 因此,具有最低能量的項也是具有xxx S {\displaystyle S\,} 和xxx未成對電子數的項。
    • 對于給定的多重性,具有總軌道角動量量子數 L {\displaystyle L\,} xxx值的項具有最低能量。
    • 對于給定項,在最外層子殼半滿或更少的原子中,具有總角動量量子數 J {\displaystyle J\,} 最低值的能級(對于算子 J = L + S {\displaystyle {\boldsymbol {J}}={\boldsymbol {L}}+{\boldsymbol {S}}} ) 能量最低。 如果最外層的殼超過半滿,則 J {\displaystyle J\,} 值最高的層級能量最低。

    這些規則以簡單的方式指定了通常的能量相互作用如何確定哪一項包括基態。 這些規則假定外層電子之間的排斥力遠大于自旋軌道相互作用,而自旋軌道相互作用又強于任何其他剩余的相互作用。 這被稱為 LS 耦合機制。

    全殼層和子殼層對總 S、總自旋角動量和 L、總軌道角動量的量子數沒有貢獻。 可以證明,對于全軌道和亞軌道,殘余靜電能(電子之間的排斥力)和自旋軌道相互作用只能一起移動所有能級。 因此,在確定一般能級的排序時,僅必須考慮價電子

    規則 1

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    由于泡利不相容原理,兩個電子不能在同一系統內共享同一組量子數; 因此,每個空間軌道中只能容納兩個電子。 這些電子之一必須具有(對于某些選定的方向 z)ms = 1?2,而另一個必須具有 ms = ?1?2。 洪德的xxx條規則指出,最低能量原子態是使開子殼層中電子的總自旋量子數最大化的原子態。 在雙占據發生之前,子殼的軌道各自被平行自旋的電子單獨占據。 (這有時被稱為公共汽車座位規則,因為它類似于公共汽車乘客的行為,他們傾向于在雙人占用發生之前單獨占據所有雙人座位。)

    對于高多重態的穩定性增加,已經給出了兩種不同的物理解釋。 早期的量子力學提出,不同軌道上的電子相距較遠,從而使電子間的斥能減小。 然而,精確的量子力學計算(從 1970 年xxx始)表明,原因是單獨占據的軌道中的電子被原子核屏蔽或屏蔽的效果較差,因此這種軌道收縮,電子 - 核吸引能量變得更大 幅度(或代數減少)。

    例子

    例如,考慮硅的基態。 Si 的電子排布是 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2(見光譜符號)。 我們只需考慮外層 3p2 電子,可以證明(見術語符號)泡利不相容原理允許的可能項是 1D、3P 和 1S。 洪德的xxx條規則現在指出基態項是 3P(三重態 P),其中 S = 1。上標 3 是多重性的值 = 2S + 1 = 3。該圖顯示了該項的狀態 ML = 1 且 MS = 1。

    規則 2

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    該規則涉及減少電子之間的排斥力。 從經典圖片中可以理解,如果所有電子都沿相同方向(更高的軌道角動量)運行,那么它們相遇的頻率要低于其中一些電子沿相反方向運行的情況。 在后一種情況下,排斥力增加,從而使電子分離。

    光譜學

    這給他們增加了勢能,所以他們的能量水平更高。

    例子

    對于硅,只有一個三重態項,因此不需要第二條規則。 需要第二條規則來確定基態項的最輕原子是電子配置為 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2 的鈦 (Ti, Z = 22)。 在這種情況下,開殼是 3d2,允許的項包括三個單線態。

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    詞條目錄
    1. 洪德規則
    2. 規則 1
    3. 例子
    4. 規則 2
    5. 例子

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