Sự khác biệt chính - Nguyên tắc Aufbau và Quy tắc của Hund

Sự phát triển của cấu trúc nguyên tử bắt đầu với lý thuyết nguyên tử hiện đại của Dalton. Nó tuyên bố rằng tất cả vật chất đều được tạo ra từ các nguyên tử và nguyên tử không thể bị phân chia thành các hạt nhỏ hơn. Tuy nhiên, sau đó người ta phát hiện ra rằng nguyên tử có thể được chia nhỏ hơn nữa thành các hạt dưới nguyên tử sau khi J.J. Thompson, khám phá ra hạt nhân của Rutherford và khái niệm về obitan electron của Niels Bohr. Cấu trúc của nguyên tử được chấp nhận hiện nay bao gồm các chi tiết về lớp vỏ electron, vỏ con và obitan. Cách các electron điền vào các lớp vỏ và obitan này có thể được mô tả bằng cách sử dụng nguyên lý Aufbau và quy tắc Hund. Sự khác biệt chính giữa Nguyên tắc Aufbau và Quy tắc của Hund là Nguyên tắc Aufbau chỉ ra thứ tự mà các vỏ con chứa đầy các điện tử trong khi quy tắc Hund chỉ ra thứ tự mà các obitan của các vỏ con được lấp đầy các điện tử.

Các lĩnh vực chính được bao phủ

1. Nguyên tắc Aufbau là gì - Lý thuyết, Giải thích với các ví dụ 2. Quy tắc của Hund là gì - Lý thuyết, Giải thích với các ví dụ 3. Điểm giống nhau giữa nguyên tắc Aufbau và quy tắc của Hund là gì - Sơ lược các tính năng chung 4. Sự khác biệt giữa Nguyên tắc Aufbau và Quy tắc của Hund là gì - So sánh các điểm khác biệt chính

Thuật ngữ chính: Nguyên tử, Nguyên tắc Aufbau, Electron, Quy tắc Hund, Quỹ đạo

Nguyên tắc Aufbau là gì

Nguyên lý Aufbau phát biểu rằng thứ tự lấp đầy các electron vào các vỏ con của nguyên tử xảy ra từ mức năng lượng thấp nhất đến mức năng lượng cao nhất. Nói cách khác, khi các electron được lấp đầy vào các obitan của nguyên tử, trước tiên các electron sẽ lấp đầy các obitan ở mức năng lượng thấp nhất trước khi lấp đầy các mức năng lượng cao.

Nói chung, năng lượng tăng theo thứ tự 1 <2 <3 <4 ở mức vỏ và s <p <d <f ở mức quỹ đạo. Ví dụ, một quỹ đạo s, p, d hoặc f trong 2^NS vỏ phải luôn luôn có năng lượng thấp hơn của 3^rd vỏ bọc. Nhưng theo nguyên lý Aufbau, các electron đôi khi được lấp đầy vào các obitan này với những ngoại lệ. Ví dụ, quỹ đạo 4s có năng lượng thấp hơn quỹ đạo 3d mặc dù vỏ con 3 đứng trước vỏ con 4. Ở đây, thứ tự điền các electron vào các obitan khác với thứ tự mong đợi.

Đơn hàng mong đợi

1s <2s <3s <3p <3d <4s <4p <4d <5s…

Đơn hàng thực tế

1 giây <2 giây <3 giây <3p < 4 giây <3d <4p < 5 giây <4ngày…

Tuy nhiên, rất khó để nhớ các mức năng lượng của từng quỹ đạo một. Do đó, chúng ta có thể sử dụng sơ đồ sau để xác định các mức năng lượng một cách dễ dàng.

Hình 1: Thứ tự các mức năng lượng của các quỹ đạo

Hình ảnh trên cho thấy một sơ đồ để xác định mức năng lượng. Ở đây, chúng ta có thể lấy thứ tự của các obitan bằng cách đi theo đường của các mũi tên. Sau mỗi đầu mũi tên, hãy bắt đầu với mũi tên tiếp theo. Bằng cách này, rất dễ dàng để có được các mức năng lượng.

Quy tắc của Hund là gì

Quy tắc Hund giải thích thứ tự của các electron điền vào các obitan của vỏ con. Các vỏ con bao gồm các obitan. Số lượng các obitan có trong một vỏ con là khác nhau từ vỏ con này sang vỏ con khác. Ví dụ, vỏ con s chỉ có một obitan s, vỏ con p có 3 obitan p và vỏ con d bao gồm 5 obitan d. Do đó, cần có một trật tự để lấp đầy các obitan này bằng các electron. Nếu không, các nguyên tử này trở nên không ổn định.

Một quỹ đạo có thể chứa tối đa 2 electron. Theo quy tắc của Hund, mọi quỹ đạo trong cùng một vỏ con đầu tiên bị chiếm giữ bởi các electron trước khi chúng ghép đôi. Điều này có nghĩa là, các electron đầu tiên được lấp đầy dưới dạng các electron chưa ghép đôi và sau đó được ghép đôi. Do đó, khi gán các electron vào các obitan, người ta tuân theo quy tắc này. Điều này là do, nếu có các obitan có cặp electron và obitan trống trong cùng một vỏ con, thì đó là một cấu hình không ổn định vì các electron mang điện tích âm và đẩy nhau khi chúng ở trong cùng một quỹ đạo. Do đó, các electron có xu hướng sắp xếp theo cách mà lực đẩy giữa các electron được giảm thiểu.

Hình 2: Các điện tử chiếm giữ quỹ đạo

Hơn nữa, quy tắc này giải thích rằng các electron được lấp đầy vào các obitan theo cách sao cho phù hợp với “spin” của chúng. Nói cách khác, các electron trong các obitan bị chiếm giữ đơn lẻ của cùng một vỏ con có cùng spin. Khi các điện tử này ghép đôi, hai điện tử có spin trái dấu để giảm thiểu lực đẩy giữa chúng. Một điện tử của cặp điện tử “quay lên” trong khi điện tử kia “quay xuống”.

Hình 3: Vòng quay của các electron trong quỹ đạo

Nếu một quỹ đạo bị chiếm giữ riêng lẻ, thì electron đó có thể là "spin-up" hoặc "spin-down." Tuy nhiên, khi điện tử đó ghép đôi thì điện tử kia sẽ có spin ngược lại với điện tử này. Bằng cách này, lực đẩy được giảm thiểu.

Điểm giống nhau giữa nguyên tắc Aufbau và quy tắc của Hund

Sự khác biệt giữa Nguyên tắc Aufbau và Quy tắc của Hund

Sự định nghĩa

Nguyên tắc aufbau: Nguyên lý Aufbau giải thích thứ tự mà các vỏ con của một nguyên tử chứa đầy các electron.

Quy tắc của Hund: Quy tắc của Hund giải thích thứ tự mà các obitan của vỏ con chứa đầy các electron.

Học thuyết

Nguyên tắc aufbau: Theo nguyên lý Aufbau, các vỏ con được lấp đầy từ mức năng lượng thấp nhất đến mức năng lượng cao nhất.

Quy tắc của Hund: Theo quy tắc của Hund, các obitan lần đầu tiên được chiếm giữ bởi các electron, sau đó chúng được ghép nối theo spin của chúng.

Mức năng lượng

Nguyên tắc aufbau: Nguyên lý Aufbau mô tả cách các electron lấp đầy các vỏ con.

Quy tắc của Hund: Quy tắc của Hund mô tả cách các electron lấp đầy các quỹ đạo của các vỏ con.

Đẩy lùi

Nguyên tắc aufbau: Nguyên lý Aufbau không mô tả sự giảm thiểu lực đẩy giữa các electron.

Quy tắc của Hund: Quy tắc Hund cho biết các electron được lấp đầy như thế nào để giảm thiểu lực đẩy giữa các electron.

Phần kết luận

Cả nguyên lý Aufbau và quy tắc Hund đều rất quan trọng trong việc phát triển cấu trúc nguyên tử của một nguyên tử cụ thể. Nếu biết số electron của một nguyên tử nào đó, thì chúng ta có thể xác định kiểu sắp xếp các electron này trong nguyên tử đó bằng cách sử dụng các lý thuyết trên. Sự khác biệt chính giữa nguyên tắc Aufbau và quy tắc Hund là nguyên tắc Aufbau chỉ ra thứ tự mà các vỏ con chứa đầy các electron trong khi quy tắc Hund chỉ ra cách mà các electron lấp đầy các obitan trong các vỏ con.

Người giới thiệu:

1. "Nguyên tắc Aufbau." Wikipedia. Wikimedia Foundation, ngày 21 tháng 7 năm 2017. Web. Có sẵn ở đây. 02 tháng 8 năm 2017. 2. "Quy tắc Hunds." Hóa học LibreTexts. Libretexts, ngày 21 tháng 7 năm 2016. Web. Có sẵn ở đây. Ngày 02 tháng 8 năm 2017.

Hình ảnh lịch sự:

1. “Quy tắc Klechkovski” Do Bono ~ commonswiki giả định (dựa trên khiếu nại về bản quyền) (CC BY-SA 3.0) thông qua Commons Wikimedia2. “Sơ đồ quỹ đạo nitơ - Quy tắc Hund” Por CK-12 Foundation (raster), Adrignola (vector) - File: High School Chemistry.pdf, trang 325 (Domínio público) qua Commons Wikimedia3. “Quy tắc của Hund” của CK-12 Foundation (raster), Adrignola (vector) - Tệp: High School Chemistry.pdf, trang 323, (Public Domain) qua Commons Wikimedia