Kaidah penggandaan maksimum Hund

Kaidah penggandaan maksimum Hund (atau secara sederhana disebut sebagai kaidah Hund atau aturan Hund) adalah suatu kaidah yang berdasarkan pada spektrum atom, yang digunakan untuk memperkirakan keadaan dasar suatu atom atau molekul dengan satu atau lebih kelopak elektron terbuka. Kaidah ini menyatakan bahwa untuk konfigurasi elektron tertentu, energi terrendah adalah yang memiliki nilai penggandaan spin terbesar.^[1] Ini menyiratkan bahwa jika terdapat dua atau lebih orbital dengan energi sama, elektron akan menempatinya secara tunggal sebelum mengisinya secara berpasangan. Kaidah ini, yang ditemukan oleh Friedrich Hund pada tahun 1925, sangat penting kegunaannya dalam kimia atom, spektroskopi, dan kimia kuantum, dan seringkali disingkat dengan kaidah Hund, mengabaikan dua kaidah Hund yang lain.

Atom

Penggandaan suatu keadaan didefinisikan sebagai 2S + 1, dengan S adalah spin elektron total.^[2] Oleh karena itu, keadaan tergandakan yang tinggi sama dengan keadaan spin tinggi. Status energi terendah dengan penggandaan maksimum biasanya memiliki elektron tidak berpasangan yang semuanya dengan spin paralel. Oleh karena spin masing-masing elektron adalah 1/2, spin total adalah satu setengah jumlah elektron yang tidak berpasangan, dan penggandaannya adalah jumlah elektron yang tidak berpasangan +1. Sebagai contoh, keadaan dasar atom nitrogen memiliki tiga elektron yang tidak berpasangan secara spin paralel, sehingga total spin adalah 3/2 dan penggandaannya adalah 4.

Energi yang lebih rendah dan peningkatan stabilitas atom timbul karena keadaan spin tinggi memiliki elektron tak berpasangan dengan spin paralel, yang harus berada dalam orbital spasial yang berbeda sesuai dengan asas larangan Pauli. Penjelasan awal yang keliru tentang energi rendah dari keadaan tergandakan yang tinggi adalah bahwa orbital spasial yang diduduki banyak menciptakan jarak rata-rata yang lebih besar antar elektron, mengurangi energi penolakan antar elektron.^[3] Namun, perhitungan mekanika kuantum dengan fungsi gelombang yang akurat sejak tahun 1970an telah menunjukkan bahwa alasan fisika sebenarnya untuk meningkatkan stabilitas adalah penurunan skrining daya tarik nuklir-elektron, sehingga elektron yang tidak berpasangan dapat mendekati inti lebih dekat dan daya tarik elektron-nuklir meningkat.^[3]

Sebagai akibat dari kaidah Hund, hambatan ditempatkan pada cara orbital atom diisi dalam keadaan dasar dengan menggunakan prinsip Aufbau. Sebelum dua elektron menempati orbital di subkelopak, orbital lain di subkelopak yang sama pertama-tama harus mengandung satu elektron. Juga, elektron yang mengisi subkelopak akan memiliki spin paralel sebelum kelopak mulai diisi dengan elektron dengan spin yang berlawanan (setelah orbit pertama mendapatkan elektron kedua). Akibatnya, saat mengisi orbital atom, jumlah maksimum elektron tidak berpasangan (dan karenanya keadaan spin total maksimum) terjamin.

Sebagai contoh, dalam atom oksigen, subkelopak 2p⁴ mengatur elektronnya sebagai [↑↓] [↑] [↑] dan bukan [↑↓] [↑] [↓] atau [↑↓] [↑↓][ ]. Atom mangan (Mn) mempunyai konfigurasi elektron 3d⁵ dengan lima elektron tak berpasangan spin paralel, sesuai dengan keadaan dasar ⁶S. Superscript 6 adalah nilai penggandaan, sesuai dengan lima elektron tak berpasangan dengan spin paralel mematuhi kaidah Hund.

Orbital valensi atom oksigen (sisi diagram) dan molekul dioksigen (tengah) dalam keadaan dasar. Dalam atom dan molekul, elektron dalam orbital yang ditempati secara tunggal memiliki putaran yang sejajar.

Sebuah atom dapat memiliki keadaan dasar dengan dua subkelopak yang tidak lengkap dengan energi berdekatan. Contoh paling jelas adalah atom kromium (Cr) dengan konfigurasi elektron 3d⁵4s. Di sini ada enam elektron yang tidak berpasangan dengan semua spin paralel untuk keadaan dasar ⁷S.^[4]

Molekul

Meskipun molekul yang paling stabil telah menutup kelopak elektron, beberapa memiliki elektron yang tak berpasangan sehingga aturan Hund dapat diterapkan. Contoh yang paling penting adalah molekul dioksigen, O₂, yang memiliki dua orbital molekul ikatan pi antiikatan pi (π*) yang hanya ditempati oleh dua elektron. Sesuai dengan kaidah Hund, keadaan dasarnya adalah oksigen triplet dengan dua elektron yang tidak berpasangan yang menempati orbital tunggal. Status oksigen singlet dengan satu diisi ganda dan satu π* kosong adalah keadaan tereksitasi dengan sifat kimia yang berbeda dan reaktivitas yang lebih besar daripada keadaan dasar.

Pengecualian

Pada tahun 2004, para peneliti melaporkan sintesis 5-dehidro-m-xylilena (DMX), molekul organik pertama yang diketahui melanggar kaidah Hund.^[5]

Lihat juga

Kompleks logam spin tinggi.

Referensi

^ T. Engel and P. Reid, Physical Chemistry (Pearson Benjamin-Cummings, 2006) ISBN 080533842X, pp. 477–479
^ Engel and Reid p.473
^ ^a ^b Levine, I. N. (2013). Quantum Chemistry (edisi ke-7th). Pearson. hlm. 310–311. ISBN 0321803450.
^ NIST Atomic Spectrum Database To read the chromium atom levels, type "Cr I" in the Spectrum box and click on Retrieve data.
^ Slipchenko, L.; Munsch, T.; Wenthold, P.; Krylov, A. (2004). "5-Dehydro-1,3-quinodimethane: a hydrocarbon with an open-shell doublet ground state". Angewandte Chemie International Edition in English. 43 (6): 742–745. doi:10.1002/anie.200352990. PMID 14755709.

Pranala luar

A glossary entry hosted on the web site of the Chemistry Department of Purdue University

[1] T. Engel and P. Reid, Physical Chemistry (Pearson Benjamin-Cummings, 2006) ISBN 080533842X, pp. 477–479

[2] Engel and Reid p.473

[Levine-3] Levine, I. N. (2013). Quantum Chemistry (edisi ke-7th). Pearson. hlm. 310–311. ISBN 0321803450.

[4] NIST Atomic Spectrum Database To read the chromium atom levels, type "Cr I" in the Spectrum box and click on Retrieve data.

[5] Slipchenko, L.; Munsch, T.; Wenthold, P.; Krylov, A. (2004). "5-Dehydro-1,3-quinodimethane: a hydrocarbon with an open-shell doublet ground state". Angewandte Chemie International Edition in English. 43 (6): 742–745. doi:10.1002/anie.200352990. PMID 14755709.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]