Modern Fizik · 7. Ünite: Çok Elektronlu Atomlar

Hund Kuralı ve Aufbau Prensibi

Pauli ilkesi atomdaki her kuantum durumuna bir elektron yerleştirmemizi sağlar; ama elektronların hangi durumları, hangi sırayla ve hangi spin yönleriyle seçeceğini söylemez. Aufbau (yapılandırma) prensibi alt kabuk sırasını, Hund kuralları ise açık alt kabuktaki elektronların hangi $^{2S+1}L_J$ terimini oluşturacağını belirler. Bu konunun sonunda bir atomun elektron dizilimini yazar, taban terimini Hund kurallarıyla bulur, Cr ve Cu gibi istisnaları açıklar ve paramanyetik momenti hesaplarsın.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: Elektronlar Hangi Sırayla ve Nasıl Yerleşir?

  2. Aufbau Prensibi ve Madelung Kuralı

  3. Hund Kuralları ve Fiziksel Kaynakları

  4. Hal Terimi Gösterimi ve İzinli Terimlerin Bulunması

  5. İstisnalar: Cr, Cu ve Ötesi

  6. Paramanyetizma ve Manyetik Moment

  7. Çözümlü Örnekler

  8. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

Anahtar terimler

Aufbau prensibi (Aufbau principle)
Elektronları, Pauli ilkesine uyarak, mevcut en düşük enerjili boş duruma sırayla yerleştirme yöntemi; alt kabuk sırası Madelung kuralıyla verilir.
Madelung kuralı (n+l rule)
Alt kabuklar n+l artan sırayla, eşitlikte küçük n önce dolar: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d …
Perdeleme (screening) ve nüfuz (penetration)
İç elektronların çekirdek yükünü kısmen örtmesi ve s orbitallerinin çekirdeğe daha çok yaklaşması; aynı n için E_s < E_p < E_d < E_f sırasını doğurur.
Hund kuralları (Hund's rules)
Aynı konfigürasyonun terimlerini sıralayan üç kural: en büyük S, sonra en büyük L, sonra yarı doluluğa göre J = |L−S| ya da L+S.
Hal terimi (term symbol) ²ˢ⁺¹L_J
Atom seviyesini spin katlılığı 2S+1, orbital harfi L (S,P,D,F…) ve toplam açısal momentum J ile gösteren simge.
Mikrodurum (microstate)
Her elektronun (m_l, m_s) atamasıyla belirlenen tek bir Pauli-uyumlu düzenleme; izinli terimler (M_L, M_S) sayımıyla bulunur.
LS (Russell–Saunders) bağlaşması
Elektron itmesinin spin–yörünge etkileşiminden baskın olduğu, bireysel l ve s'lerin önce L ve S'ye toplandığı yakınsama.
Spin–yörünge etkileşimi (spin-orbit coupling)
L ve S arasındaki, J seviyelerini ayıran etkileşim; yarıdan az doluda en düşük J=|L−S|, yarıdan çok doluda J=L+S.
Paramanyetizma (paramagnetism)
Eşlenmemiş elektronların kalıcı momentlerinin dış alanla hizalanması; μ_eff = √(n(n+2)) μ_B (spin-only).
Landé g-faktörü (Landé g-factor)
J durumunun manyetik momentini veren g_J = 1 + [J(J+1)+S(S+1)−L(L+1)] / 2J(J+1); μ_J = g_J √(J(J+1)) μ_B.

Örnek soru

Madelung ($n+l$) kuralına göre $5s$, $4d$, $5p$ ve $4f$ alt kabuklarının artan enerji sırası hangisidir?

  1. $4f < 5s < 4d < 5p$
  2. $5s < 4f < 4d < 5p$
  3. $4d < 5s < 5p < 4f$
  4. $5s < 4d < 5p < 4f$
  5. $5s < 5p < 4d < 4f$

Doğru cevap: D

Çözüm

1. $n+l$ değerleri: $5s\to5+0=5$, $4d\to4+2=6$, $5p\to5+1=6$, $4f\to4+3=7$.
2. Küçükten büyüğe: $5s\,(5) < \{4d,\,5p\}\,(6) < 4f\,(7)$.
3. $n+l$ eşitliğinde küçük $n$ önce gelir: $4d$ ($n=4$) < $5p$ ($n=5$).
Cevap D: $5s<4d<5p<4f$. A ve B şıkları $4f$'yi çok erken yerleştirir (yalnızca $n$'ye bakarak); E ise eşitlikte $n$ kuralını tersine uygular.

Modern Fizik: tüm konular