Quy tắc Hund là một trong những nguyên tắc cơ bản và quan trọng nhất trong việc xác định cấu hình electron của nguyên tử, đặc biệt khi điền electron v
Quy tắc Hund - Cấu trúc lớp vỏ Electron của nguyên tử - Hóa học 10 chân trời sáng tạo
Quy tắc Hund Hóa học 10 - Nguyên lý sắp xếp các Electron trong nguyên tử.
1. Phát biểu quy tắc Hund:
Khi điền electron vào các obitan trong cùng một phân lớp (ví dụ: các obitan p, d, f), các electron sẽ điền vào các obitan sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này phải có chiều tự quay (spin) giống nhau (cùng chiều). Sau đó, nếu vẫn còn electron, chúng mới ghép đôi với các electron đã có nhưng có chiều tự quay ngược lại.
Giải thích đơn giản:
- Trong một phân lớp (như 2p, 3d...), có nhiều orbital tương đương nhau.
- Electron sẽ điền lần lượt từng orbital một trước khi ghép đôi.
- Điều này giúp giảm sự đẩy lẫn nhau giữa các electron → trạng thái bền hơn.
2. Biểu diễn bằng sơ đồ ô lượng tử:
Mỗi orbital được biểu diễn bằng 1 ô vuông:
Electron spin ↑ hoặc ↓
Theo quy tắc Hund: điền ↑ trước, sau đó mới đến ghép đôi (↓)
Ví dụ 1: Phân lớp p (có 3 obitan, tối đa 6 electron)
Electron thứ 1: Điền vào obitan đầu tiên.
[↑ ] [ ] [ ]
Electron thứ 2: Điền vào obitan thứ hai (độc thân, cùng chiều spin).
[↑ ] [↑ ] [ ]
Electron thứ 3: Điền vào obitan thứ ba (độc thân, cùng chiều spin).
[↑ ] [↑ ] [↑ ]
Lúc này, số electron độc thân là tối đa (3e).
Electron thứ 4: Bắt đầu ghép đôi vào obitan đầu tiên (chiều spin ngược lại).
[↑↓] [↑ ] [↑ ]
Electron thứ 5: Ghép đôi vào obitan thứ hai.
[↑↓] [↑↓] [↑ ]
Electron thứ 6: Ghép đôi vào obitan thứ ba.
[↑↓] [↑↓] [↑↓]
Ví dụ 2: Nguyên tử Carbon (C) có Z = 6
Cấu hình electron: 1s² 2s² 2p²
Phân lớp 1s2 : [↑↓]
Phân lớp 2s2 : [↑↓]
Phân lớp 2p 2 : Có 2 electron. Theo quy tắc Hund, chúng sẽ điền vào 2 obitan khác nhau và có cùng chiều spin để có số electron độc thân tối đa.
[↑ ] [↑ ] [ ] (của 2p)
Nếu điền [↑↓] [ ] [ ] là sai vì không đạt số electron độc thân tối đa.
Ví dụ 3: Nguyên tử Nitrogen (N) có Z = 7
Cấu hình electron: 1s² 2s² 2p³
Phân lớp 2p³ : Có 3 electron. Theo quy tắc Hund, chúng sẽ điền vào 3 obitan khác nhau và có cùng chiều spin.
[↑ ] [↑ ] [↑ ] (của 2p)
Lúc này, N có 3 electron độc thân, đây là trạng thái năng lượng bền vững nhất cho 2p³.
Ví dụ 4: Nguyên tử Oxygen (O) có Z = 8
Cấu hình electron: 1s² 2s² 2p⁴
→ 4 electron trong 2p
Phân lớp 2p⁴ : Có 4 electron. 3 electron đầu tiên sẽ điền vào 3 obitan độc thân, cùng chiều spin. Electron thứ 4 sẽ phải ghép đôi vào obitan đầu tiên.
[↑↓] [↑ ] [↑ ] (của 2p)
Lúc này, O có 2 electron độc thân.
II. Ứng dụng quy tắc Hund vào thực tiễn.
Một số ứng dụng quan trọng của quy tắc Hund vào trong thực tiễn cuộc sống hiện đại:
1. Hiểu bản chất tính từ (từ tính) của nguyên tố:
- Các nguyên tố có electron độc thân (chưa ghép đôi) → có từ tính → được ứng dụng trong:
- Chế tạo nam châm điện
- Vật liệu từ mềm (sắt, niken, cobalt…)
2. Hỗ trợ mô hình hóa cấu trúc nguyên tử, thiết kế vật liệu:
- Các vật liệu bán dẫn, chất siêu dẫn, hợp kim thông minh… đều liên quan đến sự phân bố electron
- Giúp mô phỏng liên kết phân tử trong nghiên cứu y – sinh học
3. Tính chất hóa học và liên kết:
Nguyên tử có nhiều electron độc thân thường hoạt động hóa học mạnh hơn
Giải thích hóa trị và khả năng tạo liên kết cộng hóa trị
III. Bài tập minh họa.
Ví dụ 1: Phân lớp 2p của nguyên tử có 5 electron được biểu diễn như thế nào theo quy tắc Hund?
Giải:
3 orbital 2p
5 electron → 3 electron đầu điền lần lượt vào mỗi orbital (spin ↑), 2 electron sau điền vào hai orbital đầu (spin ↓)
→ Biểu diễn:
[↑↓] [↑↓] [↑ ]
Ví dụ 2: Xác định số electron độc thân trong nguyên tử nguyên tố X có cấu hình 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³
Lời giải:
→ Nguyên tố P (Z = 15)
Phân lớp 3p có 3 electron
→ Theo Hund: mỗi orbital 1 electron, spin song song
→ Có 3 electron độc thân
Quy tắc Hund Hóa 10 giúp ta hiểu rõ hơn trật tự phân bố electron – một yếu tố quyết định bản chất hóa học của nguyên tố. Nhờ nguyên lí này, hóa học trở nên logic, khoa học và có thể tiên đoán chính xác phản ứng, liên kết cũng như tính chất vật liệu trong tự nhiên và công nghiệp.
Xem thêm:
COMMENTS