Belangrijkste verschil - Aufbau-principe versus de regel van Hund

De ontwikkeling van de atoomstructuur begon met de moderne atoomtheorie van Dalton. Het stelde dat alle materie uit atomen bestaat en dat atomen niet verder kunnen worden onderverdeeld in kleinere deeltjes. Later werd echter ontdekt dat het atoom na de ontdekking van het elektron door J.J. Thompson, de ontdekking van de kern door Rutherford en het concept van elektronenorbitalen van Niels Bohr. De structuur van het atoom die momenteel wordt geaccepteerd, bevat details over elektronenschillen, subschillen en orbitalen. De manier waarop elektronen deze schillen en orbitalen vullen, kan worden beschreven met behulp van het Aufbau-principe en de regel van Hund. Het belangrijkste verschil tussen het Aufbau-principe en de regel van Hund is dat: Het Aufbau-principe geeft de volgorde aan waarin subschillen zijn gevuld met elektronen, terwijl de regel van Hund de volgorde aangeeft waarin orbitalen van subschillen gevulde elektronen zijn.

Belangrijkste gebieden die worden gedekt

1. Wat is het Aufbau-principe? – Theorie, uitleg met voorbeelden 2. Wat is de regel van Hund? – Theorie, uitleg met voorbeelden 3. Wat zijn de overeenkomsten tussen het Aufbau-principe en de regel van Hund? – Overzicht van gemeenschappelijke functies 4. Wat is het verschil tussen het Aufbau-principe en de regel van Hund? – Vergelijking van de belangrijkste verschillen

Sleutelbegrippen: Atom, Aufbau-principe, Electron, Hund's Rule, Orbital

Wat is het Aufbau-principe?

Het Aufbau-principe stelt dat de volgorde van het vullen van elektronen in subschillen van een atoom plaatsvindt van het laagste energieniveau tot het hoogste energieniveau. Met andere woorden, wanneer elektronen in de orbitalen van een atoom worden gevuld, vullen de elektronen eerst de orbitalen die zich in het laagste energieniveau bevinden voordat ze de hoge energieniveaus vullen.

Over het algemeen neemt de energie toe in de orde van 1 < 2 < 3 < 4 op schaalniveau en s < p < d < f in orbitaalniveau. Bijvoorbeeld een s, p, d of f orbitaal in de 2^nd shell moet altijd een lagere energie hebben dan die van de 3^rd schelp. Maar volgens het Aufbau-principe worden soms, met uitzonderingen, elektronen in deze orbitalen gevuld. De 4s-orbitaal heeft bijvoorbeeld een lage energie dan die van de 3D-orbitaal, hoewel de subshell 3 vóór subshell 4 komt. Hier is de volgorde van het vullen van elektronen in orbitalen anders dan de verwachte volgorde.

Verwachte bestelling

1s < 2s < 3s < 3p < 3d < 4s < 4p < 4d < 5s…

Werkelijke volgorde

1s < 2s < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d…

Het is echter moeilijk om de energieniveaus van elke orbitaal één voor één te onthouden. Daarom kunnen we het volgende diagram gebruiken om de energieniveaus gemakkelijk te bepalen.

Figuur 1: Volgorde van de energieniveaus van orbitalen

De bovenstaande afbeelding toont een diagram voor het bepalen van energieniveaus. Hier kunnen we de volgorde van de orbitalen verkrijgen door het pad van de pijlen te volgen. Begin na elke pijlpunt met de volgende pijl. Op deze manier is het gemakkelijk om de energieniveaus te verkrijgen.

Wat is de regel van Hund?

De regel van Hund verklaart de volgorde van de elektronen die de orbitalen van subschillen vullen. Subshells zijn samengesteld uit orbitalen. Het aantal orbitalen dat aanwezig is in de ene subschaal verschilt van de ene subschaal tot de andere. Bijvoorbeeld, s subshell heeft slechts één s-orbitaal, p subshell heeft 3 p-orbitalen en d subshell is samengesteld uit 5 d-orbitalen. Er zou dus een volgorde moeten zijn om deze orbitalen met elektronen te vullen. Anders worden deze atomen onstabiel.

Een orbitaal kan maximaal 2 elektronen bevatten. Volgens de regel van Hund wordt elke orbitaal in dezelfde subschil eerst afzonderlijk bezet door elektronen voordat ze paren. Dit betekent dat elektronen eerst worden gevuld als ongepaarde elektronen en vervolgens worden gekoppeld. Daarom wordt deze regel gevolgd bij het toewijzen van elektronen aan orbitalen. Dit komt omdat, als er orbitalen zijn met elektronenparen en lege orbitalen in dezelfde subschil, het een onstabiele configuratie is omdat elektronen negatief geladen zijn en elkaar afstoten wanneer ze zich in dezelfde orbitaal bevinden. Daarom hebben elektronen de neiging om op zo'n manier te rangschikken dat afstoting tussen elektronen wordt geminimaliseerd.

Figuur 2: Elektronen die orbitalen bezetten

Bovendien legt deze regel uit dat elektronen op zo'n manier in orbitalen worden gevuld dat ze overeenkomen met hun "spin". Met andere woorden, elektronen in enkel bezette orbitalen van dezelfde subschil hebben dezelfde spin. Wanneer deze elektronen gepaard zijn, hebben twee elektronen tegengestelde spins om de afstoting tussen hen te minimaliseren. Een elektron van het elektronenpaar "spin-up" terwijl het andere elektron "spin-down".

Figuur 3: Spin van elektronen in orbitalen

Als een orbitaal afzonderlijk bezet is, kan dat elektron "spin-up" of "spin-down" zijn. Wanneer dat elektron echter gepaard is, zou het andere elektron de tegenovergestelde spin van dit elektron moeten hebben. Op deze manier wordt de afstoting geminimaliseerd.

Overeenkomsten tussen het Aufbau-principe en de regel van Hund

Verschil tussen het Aufbau-principe en de regel van Hund

Definitie

Aufbau-principe: Het Aufbau-principe verklaart de volgorde waarin subschillen van een atoom zijn gevuld met elektronen.

De regel van Hund: De regel van Hund verklaart de volgorde waarin orbitalen van subschillen gevulde elektronen zijn.

Theorie

Aufbau-principe: Volgens het Aufbau-principe worden subshells gevuld van het laagste energieniveau tot het hoogste energieniveau.

De regel van Hund: Volgens de regel van Hund worden orbitalen eerst afzonderlijk bezet door elektronen, daarna worden ze gekoppeld volgens hun spins.

Energie niveau

Aufbau-principe: Het Aufbau-principe beschrijft de manier waarop elektronen subschillen vullen.

De regel van Hund: De regel van Hund beschrijft de manier waarop elektronen orbitalen van subschillen vullen.

afstoting

Aufbau-principe: Het Aufbau-principe beschrijft niet het minimaliseren van afstoting tussen elektronen.

De regel van Hund: De regel van Hund geeft aan hoe elektronen zodanig worden gevuld dat de afstoting tussen elektronen wordt geminimaliseerd.

Conclusie

Zowel het Aufbau-principe als de regel van Hund zijn erg belangrijk bij het ontwikkelen van de atomaire structuur van een bepaald atoom. Als het aantal elektronen van een bepaald atoom bekend is, kunnen we met behulp van bovenstaande theorieën het patroon bepalen dat deze elektronen in dat atoom zijn gerangschikt. Het belangrijkste verschil tussen het Aufbau-principe en de regel van Hund is dat het Aufbau-principe de volgorde aangeeft waarin subschillen zijn gevuld met elektronen, terwijl de regel van Hund de manier aangeeft waarop elektronen de orbitalen in de subschillen vullen.

Referenties:

1. "Aufbau-principe." Wikipedia. Wikimedia Foundation, 21 juli 2017. Web. Beschikbaar Hier. 02 aug. 2017. 2. "Hunds-regels." Chemie LibreTexts. Libretexts, 21 juli 2016. Web. Beschikbaar Hier. 02 aug. 2017.

Afbeelding met dank aan:

1. "Klechkovski-regel" door Bono~commonswiki verondersteld (gebaseerd op auteursrechtclaims) (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia2. "Orbitaal diagram stikstof - Hund's Rule" Por CK-12 Foundation (raster), Adrinola (vector) - Bestand: High School Chemistry.pdf, pagina 325 (Domínio público) via Commons Wikimedia3. "Hund's Rule" door CK-12 Foundation (raster), Adrinola (vector) - Bestand: High School Chemistry.pdf, pagina 323, (Public Domain) via Commons Wikimedia