洪特规则

结构化学等价轨道规则

德国人弗里德里希·洪特（F.Hund）根据大量光谱实验数据总结出一个规律，即电子分布到能量简并的原子轨道时，优先以自旋相同的方式分别占据不同的轨道，因为这种排布方式原子的总能量最低。所以在能量相等的轨道上，电子尽可能自旋平行地多占不同的轨道。例如碳原子核外有6个电子，按能量最低原理和泡利不相容原理，首先有2个电子排布到第一层的1s轨道中，另外2个电子填入第二层的2s轨道中，剩余2个电子排布在2个p轨道上，具有相同的自旋方向，而不是两个电子集中在一个p轨道，自旋方向相反。

定义

洪特根据大量的光谱实验指出：电子在能量相同的轨道（即等价轨道）上排布时，总是尽可能分占不同的轨道且自旋方向同向，因为这样的排布方式总能量最低，称为洪特规则（Hund’s rule)。

适用范围

洪特规则只适用于LS耦合的情况。有少数例外是由于组态相互作用或偏离LS耦合引起的。该定则可用量子力学理论和泡利不相容原理来解释。该定则对确定自由原子或离子的基态十分有用。

洪特规则前提

洪特规则前提：对于基态原子来说。

在能量相等的轨道上，自旋平行的电子数目最多时，原子的能量最低。所以在能量相等的轨道上，电子尽可能自旋平行地多占不同的轨道。例如碳原子核外有6个电子，按能量最低原理和泡利不相容原理，首先有2个电子排布到第一层的1s轨道中，另外2个电子填入第二层的2s轨道中，剩余2个电子排布在2个不同的2p轨道上，具有相同的自旋方向，而不是两个电子集中在一个p轨道，自旋方向相反。作为洪特规则的补充，能量相等的轨道全充满、半满或全空的状态比较稳定。

根据以上原则，电子在原子轨道中填充排布的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、5f、6d…

详细信息

对于特定电子排布，不同组态的LS耦合，洪特规则确定了能量排列顺序：

（1）总自旋S越大，能量越低。

（2）S相等情况下，总轨道角动量L越大，能量越低。

（3）在S和L都相等情况下，对于未满半壳层或刚好半壳层，总角动量J越小能量越低，否则，J越大能量越低。

氮（N）原子核外有7个电子，根据能量最低原理和泡利不相容原理，首先有2个电子排布到第一层的1s轨道中，又有2个电子排布到第二层的2s轨道中。按照洪特规则，余下的3个电子将以相同的自旋方式分别排布到3个方向不同但能量相同的2p轨道中。氮原子的电子排布式为1s22s22p3。这种用量子数n和角量子数l表示的电子排布方式，叫做电子构型或电子组态，右上角的数字是轨道中的电子数目。

氖（Ne）原子核外有10个电子，根据电子排布三原则，第一电子层中有2个电子排布到1s轨道上，第二层中有8个电子，其中2个排布到2s轨道上，6个排布到2p轨道上。因此氖的原子结构可以用电子构型表示为1s22s22p6。这种最外电子层为8电子的结构，通常是一种比较稳定的结构，称为稀有气体结构。

钠（Na）原子核外共有11个电子，按照电子排布顺序，最后一个电子应填充到第三电子层上，它的电子构型为1s22s22p63s1。为了避免电子结构式书写过繁，也可以把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”，以稀有气体的元素符号外加方括号来表示，例如钠原子的电子构型也可以表示为[Ne]3s1。

钾（K）原子核外共有19个电子，由于3d和4s轨道能级交错，第19个电子填入4s轨道而不填入3d轨道，它的电子构型为1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1。同理20号元素钙（Ca）的第19、20个电子也填入4s轨道，钙原子的电子构型为[Ar]4s2。

铬（Cr）原子核外有24个电子，最高能级组中有6个电子。铬的电子构型为[Ar]3d54s1，而不是[Ar]3d44s2。这是因为3d5的半充满结构是一种能量较低的稳定结构。

作为洪特规则的发展，能量简并的等价轨道全充满、半充满或全空的状态是比较稳定的尤其是简并度高的轨道更是如此。如全充满：p6、d10、f14；半充满：p3、d5、f7；全空：p0、d0、f0。

洪特规则之一

洪特规则是在等价轨道（指相同电子层、电子亚层上的各个轨道）上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。后来经量子力学证明，电子这样排布可能使能量最低，所以洪特规则也可以包括在能量最低原理中。

洪特规则之二

洪特规则，又称等价轨道规则。在同一个电子亚层中排布的电子，总是尽先占据不同的轨道，且自旋方向相同。如氮原子中的3个p电子分布于3个p轨道上并取向相同的自旋方向。p轨道上有3个电子、d轨道上有5个电子、f轨道上有7个电子时，都是半充满的稳定结构。另外量子力学的研究表明；等价轨道全空（p0、d0、）和全满时（p6、d10、）的结构，也具有较低能量和较大的稳定性。像铁离子Fe3+（3d5）和亚铁离子Fe2+（3d6）对比看，从3d6→3d5才稳定，这和亚铁离子不稳定易被氧化的事实相符合。根据洪特规则铬的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1。

洪特规则特例

当同一能级各个轨道上的电子排布为全满、半满或全空时，可使体系能量最低。

如24号元素铬（Cr）电子排布为1s22s22p63s23p63d54s1；

29号元素铜（Cu）电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1；

洪特规则的例外很多例如“原子轨道中，每一层半满或全满时能量最低”，也就是说s1、s2，p3、p6，d5、d10，f7、f14的时候能量最低也最稳定，是原子存在的一般形式，但是只要看元素周期表就会发现，排在下面几行的几类元素，尤其是镧系和锕系元素没有几个符合洪特规则，这也是理论所无法解释的。

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