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In der Quantenmechanik gibt es vier Gesetze, die als Hundsche Regeln bekannt sind. Sie wurden nach dem Physiker Friedrich Hund benannt.
In der Chemie kommt nur die zweite Regel zum Einsatz und wird schlicht als Hundsche Regel bezeichnet.
Die Hundschen Regeln geben an, welche Drehimpulskonfiguration ein Elektron im Orbital besitzt. Die Drehimpulskonfiguration wird auch als Spin bezeichnet. Mit Hilfe der Hundschen Regel kannst du die Elektronenkonfiguration eines Atoms im Grundzustand, also im kleinstmöglichen Energiezustand, bestimmen.
In der Chemie spielt ausschließlich die zweite Hundsche Regel eine Rolle. Sie besagt, dass Orbitale, die die gleiche Energie besitzen, auch nacheinander Elektronen des gleichen Spins aufnehmen. Erst im Anschluss wird jedes Orbital mit einem zweiten Elektron des entgegengesetzten Spins vervollständigt.
Mit der Hundschen Regel kann die Elektronenkonfiguration eines Atoms bestimmt werden. Dies können wir am Beispiel des Elements Fluor darstellen. Um die Verteilung der Elektronen besser verstehen können, solltest du das Orbitalmodell gut verstanden haben.
Das Element Fluor besitzt in seinem Grundzustand neun Elektronen. Das 1s-Orbital, sowie das 2s-Orbital wird nun mit jeweils zwei Elektronen aufgefüllt, die beide einen unterschiedlichen Spin besitzen. Damit sind nur noch vier Elektronen zur Verteilung übrig.
Die restlichen Elektronen werden nun auf die drei 2p-Orbitale verteilt, wobei die Hundsche Regel zum Einsatz kommt. Jedes Orbital wird mit einem der Elektronen besetzt, welche jeweils die gleiche Spinrichtung besitzen. Damit sind somit noch keine Elektronenpaare in den drei 2p-Orbitalen vertreten. Die beiden letzten Elektronen werden nun mit einem gegenteiligen Spin zu zwei der drei 2p-Orbitale hinzugefügt.
Die Hundsche Regel gilt im Rahmen der LS-Kopplung, auch Russel-Saunders-Kopplung genannt. Diese Kopplung ermöglicht es, die verschiedenen Bahndrehimpulse der Elektronen zu einem einzigen Gesamtdrehimpuls zusammenzufassen.
Die Bahndrehimpulse und der Spin der Elektronen geschehen nicht unabhängig voneinander, sondern reagieren gemeinsam mit externen Magnetfeldern. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, sie zusammen zu zählen.
Dafür wird der Gesamtbahndrehimpuls aus den Bahndrehimpulsen der Elektronen ermittelt, während der Gesamtspin aus den einzelnen Spins der Elektronen zusammengezählt wird. Im Anschluss werden auch noch der Gesamtbahndrehimpuls und der Gesamtspin addiert, um den Gesamtdrehimpuls zu erhalten.
Wenn du im Chemiunterricht lernst benötigst du nur die eine Hundsche Regel. In der Quantenmechanik lassen sich jedoch insgesamt vier Hundesche Regeln finden. Dabei spielt auch das Pauli Prinzip eine wichtige Rolle.
Die erste Hundsche Regel besagt, dass volle Schalen und Unterschalen einen Gesamtdrehimpuls von Null haben. Diese Regel steht in engem Zusammenhang mit dem Pauli Prinzip, welches aussagt, dass zwei Elektronen in einem Atom nicht in allen Quantenzahlen übereinstimmen können.
In einer vollen Schale muss also für jeden Spin eines Elektrons und für jeden Bahndrehimpuls ein gegenteiliger Wert vorhanden sein. Aus diesem Grund lässt sich schlussfolgern, dass der Gesamtdrehimpuls des Atoms und alle anderen Quantenzahlen den Wert Null ereichen müssen.
Die zweite Hundsche Regel stimmt am ehesten mit der Hundschen Regel überein, die in der Chemie verwendet wird. Sie besagt, dass der Gesamtspin den maximal möglichen Wert annimmt und die Spins der einzelnen Elektronen also parallel stehen.
Diese Regel besitzt allerdings eine Voraussetzung. Die Elektronen müssen verschiedene Werte für die magnetische Quantenzahl besitzen. Damit besteht nach dem Pauli Prinzip die Möglichkeit, dass gleiche Spinquantenzahlen existieren können.
Wenn die Spins alle möglichst parallel ausgerichtet sind, wird eine Schale mit Elektronen des selben Spins aufgefüllt und anschließend mit Elektronen des gegenteiligen Spins vervollständigt.
Wenn das Pauli Prinzip mehrere Konstellationen mit maximalem Gesamtspin zulässt, werden die Unterzustände mit der Magnetquantenzahl so besetzt, dass der Gesamtbahndrehimpuls maximal wird. Diese Aussage wird in der dritten Hundschen Regel festgehalten.
Die vierte Hundsche Regel besagt, wenn eine Unterschale höchstens zur Hälfte gefüllt ist, ist der Zustand mit minimaler Gesamtdrehimpulszahl am stärksten gebunden. Umgekehrt läuft dies ab, wenn die Unterschale mehr als halbvoll ist.
Für diese Regel lässt sich eine Formel für den Gesamtdrehimpuls J aufstellen. Wenn die Schale dabei mehr als halbvoll ist, lautet die Formel:
J = L + S
Wenn die Schale weniger als halbvoll gefüllt ist, lautet die Formel:
J = |L - S|
L steht hierbei für den Gesamtbahndrehimpuls und S für den Gesamtspin.
Wenn die Unterschale genau halbvoll gefüllt ist, lässt sich dies nach einer dritten Formel darstellen:
L = |ml| = 0
Damit bist du bereits am Ende des Artikels angelangt und hast die wichtigsten Punkte zur Hundschen Regel kennengelernt. Hier findest du nun noch einmal alles Wichtige in Stichpunkten für dich zusammengefasst:
Super! Damit bist du nun perfekt auf die nächste Chemiestunde vorbereitet. Wenn du noch mehr über das Verhalten der Elektronen im Atom erfahren willst, dann sieh dir die Artikel zum Pauli Prinzip oder dem Orbitalmodell auf StudySmarter an.
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