ما هي قاعدة هوند؟
تنص قاعدة هوند على العلاقة بين الإلكترونات الموجودة في المدارات المحيطة بالنواة، والمعروفة أيضًا باسم قاعدة التعدد الأقصى. تحدد هذه القاعدة الدوران الكلي الناتج عن الدوران النفسي لكل مجموعة إلكترونات في مدار معين. توضح قاعدة هوند أن الدوران الكلي الناتج عن مجموعات الدورانات المتساوية للمدارات يؤدي إلى استقرار أكبر للذرة.
تم التوصل إلى هذه الفكرة من قبل العالم فريدريش هوند في عام 1925. تُحدد حالة دوران الإلكترونات حسب مستوى الطاقة الذي تتواجد فيه، حيث يرتبط كل من الدوران ومستوى الطاقة ببعضهما. يمكن أن تساعد قاعدة هوند في التنبؤ بخصائص الذرات المختلفة.
تكوين الإلكترون وأهميته وفقًا لقاعدة هوند
تحتوي ذرات العناصر على إلكترونات تدور حول النواة في مدارات معينة، وتمثل هذه المدارات مستويات الطاقة التي تتواجد فيها الإلكترونات. نظرًا لتشابه شحناتها السالبة، تتنافر الإلكترونات، مما يؤدي إلى انتشار المدارات حول النواة وفقًا لقاعدة هوند. وتُعرف هذه القاعدة أيضًا بكونها قاعدة التعدد الأقصى.
تكون حالة الذرات أكثر استقرارًا كلما زادت الإلكترونات في المدارات المحيطة بها. لذلك، يعتبر أن الغازات النبيلة تمتاز بمدارها الأخير المملوء، مما يجعلها أكثر استقرارًا من العناصر الأخرى، وبالتالي لا تتفاعل مع العناصر المحيطة بها.
أمثلة على تطبيق قاعدة هوند
تنص قاعدة هوند على أن أقل طاقة تكوينية لأي ذرة تحدث عندما تحتوي على أكبر عدد ممكن من الدورات الإلكترونية المتوازية. وهذا يعني أن الإلكترونات الفردية تدور في نفس الاتجاه في مستويات الطاقة، مما يعزز حالة الاستقرار لها. يمكن توضيح هذه القاعدة من خلال الأمثلة التالية:
- المثال الأول
في توزيع الإلكترونات لذرة الكربون، التي تحتوي على ستة إلكترونات، يتم البدء بمستوى الطاقة 1S حيث يُوضع زوج من الإلكترونات المرتبطة، تدور كل منها في اتجاه معاكس. ثم يأتي المدار 2S، الذي يُملأ بإلكترونين آخرين يدوران في اتجاهات معاكسة بطريقة مشابهة.
ويوجد في ذرة الكربون إلكترونان متبقيان يُوزعان على مدارات المستوى 2P. هنا، لا يتم وضع الإلكترونين في مدار واحد مزدوج، ولكن يتم ملء المدارات الفارغة أولًا، وبعد ذلك تتم عملية الزوج بين الإلكترونات الفردية للوصول إلى حالة استقرار قصوى.
- المثال الثاني
في توزيع الإلكترونات المحيطة بذرة الأكسجين، التي تحوي ثمانية إلكترونات، يُوضع الإلكترونان الأولان في المدار 2S بشكل مزدوج، ويُوضع المدار 2S أيضًا على إلكترونين مزدوجين. وهكذا، يتبقى 4 إلكترونات لتوزيعها على مدارات مستوى الطاقة 2P، حيث يتم توزيعها بشكل فردي بحيث تمتلىء المدارات الثلاثة بإلكترونات فردية، ومن ثم يوضع الإلكترون الرابع في أحد هذه المدارات، مما يؤدي إلى وجود مدارات تحتوي على إلكترونات فردية ومدار ممتلئ.
الفرق بين قاعدة هوند ومبدأ أوفباو
تشير قاعدة هوند إلى أن جميع الإلكترونات المتواجدة بشكل منفرد في المدارات لها نفس الدوران، حيث تُشغل المدارات الفرعية من الطاقة فرديًا قبل أن يتم تعبئتها بشكل مزدوج.
من ناحية أخرى، ينص مبدأ أوفباو على أن الإلكترونات تُوزع حول النواة من خلال ملء مستويات الطاقة الأقل أولاً قبل الانتقال إلى المستويات الأعلى، دون التطرق لتفاصيل المدارات الفرعية، مما يجعل قاعدة هوند توفر فهمًا أكثر دقة لتوزيع الإلكترونات.
الفرق بين قاعدة هوند ومبدأ استبعاد باولي
تصف قاعدة هوند كيفية تعبئة الإلكترونات في مدارات الطاقة حول الذرة، بينما يُعنى مبدأ استبعاد باولي بتفاصيل الأعداد الكمية للذرات، ويشير إلى وجود إلكترونين فقط في كل مدار. تنص قاعدة هوند على أن التعبئة تبدأ فرديًا قبل اقتران الإلكترونات.
يستعمل مبدأ استبعاد باولي لوصف كيفية دوران الإلكترونات في المدارات من خلال دراسة العلاقة بين الأعداد الكمية للذرات وتوزيع الإلكترونات في المدارات، مما يحدد شكل المدار وطبيعة توزيع الإلكترونات فيه.