氢原子与原子结构
洪德规则
洪德规则指出,当电子在填充一组能量相等的轨道时——比如一个亚层的三个 p 轨道或五个 d 轨道——它们会先一个个分占各条轨道,然后才有哪条轨道接纳第二个电子,而且这些未配对的电子,自旋都保持指向同一方向。电子先各占一间房,然后才同意合住。只有当亚层里每条轨道都已有一个电子时,它们才开始配对。
原因在于能量。两个电子挤进同一条轨道便彼此靠得很近、强烈排斥,要付出能量代价,所以自然界宁愿把它们分隔在不同的轨道里。还有一份更微妙的量子红利,称为交换能,当自旋平行的电子保持不配对时,它会把能量进一步降低。两种效应都朝着同一种排布推进:最大限度地分散、最大限度地自旋对齐。
这条规则解释了为什么如此多的原子带有未配对电子、因而能感受到磁性的牵引。铁有几个未配对的 d 电子,它的磁性部分要归功于洪德规则;同样的原理也支配着无数化合物的颜色与反应性。与构造顺序和不相容原理并肩,它补全了那一小组规则——每一种基态电子排布都能由它们构建出来。
nitrogen 2p³: ↑ ↑ ↑ (one per orbital, spins parallel)
电子先以对齐的自旋单独占据等能量的轨道,然后才开始配对。
能量上的获益主要来自量子的交换效应,而非仅仅是电子彼此回避电荷;这两部分容易混为一谈,但确实是不同的。
又称
另见