氫原子與原子結構
洪德定則
洪德定則指出,當電子在填充一組能量相等的軌道時——比如一個亞層的三個 p 軌域或五個 d 軌域——它們會先一個個分佔各條軌域,然後才有哪條軌域接納第二個電子,而且這些未配對的電子,自旋都保持指向同一方向。電子先各佔一間房,然後才同意合住。只有當亞層裡每條軌域都已有一個電子時,它們才開始配對。
原因在於能量。兩個電子擠進同一條軌域便彼此靠得很近、強烈排斥,要付出能量代價,所以自然界寧願把它們分隔在不同的軌域裡。還有一份更微妙的量子紅利,稱為交換能,當自旋平行的電子保持不配對時,它會把能量進一步降低。兩種效應都朝著同一種組態推進:最大限度地分散、最大限度地自旋對齊。
這條定則解釋了為什麼如此多的原子帶有未配對電子、因而能感受到磁性的牽引。鐵有幾個未配對的 d 電子,它的磁性部分要歸功於洪德定則;同樣的原理也支配著無數化合物的顏色與反應性。與構築順序和不相容原理並肩,它補全了那一小組規則——每一種基態電子組態都能由它們構建出來。
nitrogen 2p³: ↑ ↑ ↑ (one per orbital, spins parallel)
電子先以對齊的自旋單獨佔據等能量的軌域,然後才開始配對。
能量上的獲益主要來自量子的交換效應,而非僅僅是電子彼此迴避電荷;這兩部分容易混為一談,但確實是不同的。
又稱
另見