வேதியியல் ஹண்ட் விதி

ஹண்ட் விதி#

ஹண்ட் விதி என்பது ஒரு வேதியியல் விதியாகும், இது ஒரு அணு அல்லது மூலக்கூறில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் தொகுப்பிற்கு மிகக் குறைந்த ஆற்றல் உள்ளமைவு, எலக்ட்ரான்கள் இணையாக்கப்படாத (unpaired) சுழல்களின் (spins) அதிகபட்ச எண்ணிக்கையைக் கொண்டிருக்கும் ஒன்று என்று கூறுகிறது. இந்த விதி ஜெர்மன் இயற்பியலாளர் ஃப்ரீட்ரிச் ஹண்ட் என்பவரின் பெயரால் அழைக்கப்படுகிறது, அவர் 1925 ஆம் ஆண்டில் முதலில் இதை முன்மொழிந்தார்.

ஹண்ட் விதியை பௌலி விலக்கு கொள்கையால் விளக்க முடியும், இது ஒரு அணு அல்லது மூலக்கூறில் உள்ள எந்த இரண்டு எலக்ட்ரான்களும் ஒரே குவாண்டம் எண்களைக் கொண்டிருக்க முடியாது என்று கூறுகிறது. இதன் பொருள் ஒரே சுற்றுப்பாதையில் (orbital) உள்ள எலக்ட்ரான்கள் எதிரெதிர் சுழல்களைக் கொண்டிருக்க வேண்டும். ஹண்ட் விதி என்பது ஒரே சுழலைக் கொண்ட எலக்ட்ரான்கள், எதிரெதிர் சுழல்களைக் கொண்ட எலக்ட்ரான்களை விட அதிகமான நிலைமின்னியல் (electrostatic) விலக்கத்தை அனுபவிக்கும் என்பதன் விளைவாகும்.

ஹண்ட் விதி மற்றும் எலக்ட்ரான் உள்ளமைவுகள்#

அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளின் எலக்ட்ரான் உள்ளமைவுகளைக் கணிக்க ஹண்ட் விதியைப் பயன்படுத்தலாம். எடுத்துக்காட்டாக, கார்பன் அணுவைக் கவனியுங்கள். கார்பனுக்கு ஆறு எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன, அவற்றில் இரண்டு 1s சுற்றுப்பாதையிலும், நான்கு 2p சுற்றுப்பாதையிலும் உள்ளன. 2p சுற்றுப்பாதை அதிகபட்சமாக ஆறு எலக்ட்ரான்களை வைத்திருக்க முடியும், ஆனால் ஹண்ட் விதி 2p சுற்றுப்பாதையில் உள்ள நான்கு எலக்ட்ரான்கள் இணையாக்கப்படாத சுழல்களின் அதிகபட்ச எண்ணிக்கையைக் கொண்டிருக்கும் என்று நமக்குச் சொல்கிறது, அது இரண்டு ஆகும். இதன் பொருள் கார்பனின் எலக்ட்ரான் உள்ளமைவு $1s^2 2s^2 2p^2$ ஆகும்.

ஹண்ட் விதி மற்றும் காந்தவியல்#

அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளின் காந்தப் பண்புகளுக்கும் ஹண்ட் விதிக்கும் தொடர்பு உள்ளது. இணையாக்கப்படாத எலக்ட்ரான்களைக் கொண்ட அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகள் அயற்படு காந்தமாகும் (paramagnetic), அதாவது அவை காந்தப்புலங்களால் ஈர்க்கப்படுகின்றன. ஒரு அணு அல்லது மூலக்கூறு அதிக இணையாக்கப்படாத எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டிருக்கும், அதன் அயற்படு காந்தவியல் வலிமையும் அதிகமாக இருக்கும்.

ஹண்ட் விதி என்பது அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளின் மின்னணு அமைப்பு மற்றும் காந்தப் பண்புகளைப் புரிந்துகொள்ள உதவும் வேதியியலின் ஒரு அடிப்படைக் கொள்கையாகும்.

ஹண்ட் விதியின்படி எலக்ட்ரான் உள்ளமைவு#

ஹண்ட் விதி என்பது அணு இயற்பியலில் உள்ள ஒரு கொள்கையாகும், இது ஒரு அணுவில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் தொகுப்பிற்கு மிகக் குறைந்த ஆற்றல் உள்ளமைவு, எலக்ட்ரான்கள் அதிகபட்சமாக சாத்தியமான மொத்த சுழலைக் கொண்டிருக்கும் ஒன்று என்று கூறுகிறது. இந்த விதி ஜெர்மன் இயற்பியலாளர் ஃப்ரீட்ரிச் ஹண்ட் என்பவரின் பெயரால் அழைக்கப்படுகிறது, அவர் 1925 ஆம் ஆண்டில் முதலில் இதை முன்மொழிந்தார்.

ஹண்ட் விதியை பௌலி விலக்கு கொள்கையின் அடிப்படையில் புரிந்துகொள்ள முடியும், இது ஒரு அணுவில் உள்ள எந்த இரண்டு எலக்ட்ரான்களும் ஒரே குவாண்டம் நிலையில் இருக்க முடியாது என்று கூறுகிறது. இதன் பொருள் ஒரு அணுவில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் வெவ்வேறு சுழல்களைக் கொண்டிருக்க வேண்டும், மேலும் ஒரு குறிப்பிட்ட சுற்றுப்பாதையை ஆக்கிரமிக்கக்கூடிய எலக்ட்ரான்களின் அதிகபட்ச எண்ணிக்கை இரண்டு ஆகும், ஒன்று சுழல் மேல்நோக்கி (spin up) மற்றும் ஒன்று சுழல் கீழ்நோக்கி (spin down).

எலக்ட்ரான்கள் ஒரு அணுவில் சேர்க்கப்படும்போது, அவை முதலில் மிகக் குறைந்த ஆற்றல் சுற்றுப்பாதைகளை நிரப்புகின்றன. ஒரு சுற்றுப்பாதையில் இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் இருந்தால், பௌலி விலக்கு கொள்கையின்படி அவை எதிரெதிர் சுழல்களைக் கொண்டிருக்க வேண்டும். ஹண்ட் விதி, ஒரு அணுவில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் தொகுப்பிற்கு மிகக் குறைந்த ஆற்றல் உள்ளமைவு, எலக்ட்ரான்கள் அதிகபட்சமாக சாத்தியமான மொத்த சுழலைக் கொண்டிருக்கும் ஒன்று என்று கூறுகிறது. ஏனெனில் ஒரே சுழலைக் கொண்ட எலக்ட்ரான்கள் ஒரே சுற்றுப்பாதையை ஆக்கிரமிக்க முடியும், அதே நேரத்தில் எதிரெதிர் சுழல்களைக் கொண்ட எலக்ட்ரான்கள் வெவ்வேறு சுற்றுப்பாதைகளை ஆக்கிரமிக்க வேண்டும்.

எடுத்துக்காட்டாக, கார்பன் அணுவைக் கவனியுங்கள். கார்பனுக்கு ஆறு எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன, அவை பின்வரும் சுற்றுப்பாதைகளில் விநியோகிக்கப்படுகின்றன:

• 1s சுற்றுப்பாதை: எதிரெதிர் சுழல்களைக் கொண்ட 2 எலக்ட்ரான்கள்
• 2s சுற்றுப்பாதை: எதிரெதிர் சுழல்களைக் கொண்ட 2 எலக்ட்ரான்கள்
• 2p சுற்றுப்பாதை: ஒரே சுழலைக் கொண்ட 2 எலக்ட்ரான்கள்

2p சுற்றுப்பாதை மிக உயர்ந்த ஆற்றல் சுற்றுப்பாதையாகும், மேலும் இந்த சுற்றுப்பாதையில் உள்ள இரண்டு எலக்ட்ரான்களும் ஒரே சுழலைக் கொண்டுள்ளன. ஹண்ட் விதியின்படி இது கார்பன் அணுவிற்கான மிகக் குறைந்த ஆற்றல் உள்ளமைவாகும்.

ஹண்ட் விதி அணு இயற்பியலில் ஒரு அடிப்படைக் கொள்கையாகும், மேலும் இது அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளின் பண்புகளைப் புரிந்துகொள்வதில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது.

ஹண்ட் விதியின் பயன்பாடுகள்#

ஹண்ட் விதிக்கு அணு இயற்பியல் மற்றும் வேதியியலில் பல பயன்பாடுகள் உள்ளன. ஹண்ட் விதியின் சில பயன்பாடுகள் பின்வருமாறு:

• அணுக்களின் நிலைத்தன்மை நிலை (ground-state) எலக்ட்ரான் உள்ளமைவைக் கணித்தல்
• அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளின் காந்தப் பண்புகளைப் புரிந்துகொள்ளுதல்
• அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளின் ஆற்றல் மட்டங்களைக் கணக்கிடுதல்
• வேதிப் பிணைப்பின் மாதிரிகளை உருவாக்குதல்

அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளில் எலக்ட்ரான்களின் நடத்தையைப் புரிந்துகொள்வதற்கு ஹண்ட் விதி ஒரு சக்திவாய்ந்த கருவியாகும். இது அணு இயற்பியல் மற்றும் வேதியியலில் ஒரு அடிப்படைக் கொள்கையாகும், மேலும் இது பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது.

ஹண்ட் விதி மற்றும் ஆஃப்பாவின் கொள்கைக்கு இடையேயான வேறுபாடு#

ஹண்ட் விதி

• ஒரு அணு அல்லது மூலக்கூறில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் தொகுப்பிற்கு மிகக் குறைந்த ஆற்றல் உள்ளமைவு, எலக்ட்ரான்கள் இணையாக்கப்படாத சுழல்களின் அதிகபட்ச எண்ணிக்கையைக் கொண்டிருக்கும் ஒன்று என்று ஹண்ட் விதி கூறுகிறது.
• வேறுவிதமாகக் கூறினால், எலக்ட்ரான்கள் அதிக ஆற்றல் கொண்ட சுற்றுப்பாதைகளை ஆக்கிரமிப்பதற்கு முன்பு, சமமான ஆற்றல் கொண்ட சுற்றுப்பாதைகளை அவற்றின் சுழல்கள் ஒத்திசைவாக (aligned) இருக்கும் வகையில் ஆக்கிரமிக்கும்.
• ஏனெனில் ஒரே சுழலைக் கொண்ட எலக்ட்ரான்கள் பரிமாற்ற விலக்கத்தை (exchange repulsion) அனுபவிக்கின்றன, இது ஒரே சுழலைக் கொண்ட எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கும் போது அதிகரிக்கும் ஒரு ஆற்றல் தண்டனையாகும்.
• ஹண்ட் விதி என்பது பௌலி விலக்கு கொள்கையின் விளைவாகும், இது எந்த இரண்டு எலக்ட்ரான்களும் ஒரே குவாண்டம் நிலையை ஆக்கிரமிக்க முடியாது என்று கூறுகிறது.

ஆஃப்பாவின் கொள்கை

• ஆஃப்பாவின் கொள்கை, எலக்ட்ரான்கள் அணுச் சுற்றுப்பாதைகளை ஆற்றல் மட்டங்கள் அதிகரிக்கும் வரிசையில் நிரப்புகின்றன என்று கூறுகிறது.
• வேறுவிதமாகக் கூறினால், மிகக் குறைந்த ஆற்றல் சுற்றுப்பாதைகள் முதலில் நிரப்பப்படுகின்றன, அதைத் தொடர்ந்து அடுத்த குறைந்த ஆற்றல் சுற்றுப்பாதைகள், மற்றும் பல.
• ஏனெனில் எலக்ட்ரான்கள் நேர்மறை மின்னூட்டம் கொண்ட கருவினால் ஈர்க்கப்படுகின்றன, மேலும் குறைந்த ஆற்றல் சுற்றுப்பாதைகள் கருவுக்கு அருகில் உள்ளன.
• ஆஃப்பாவின் கொள்கை அணு அமைப்பின் ஒரு அடிப்படைக் கொள்கையாகும், மேலும் இது தனிமங்கள் மற்றும் சேர்மங்களின் பண்புகளை விளக்கப் பயன்படுகிறது.

ஹண்ட் விதி மற்றும் ஆஃப்பாவின் கொள்கையின் ஒப்பீடு

• ஹண்ட் விதி மற்றும் ஆஃப்பாவின் கொள்கை இரண்டும் அணு அமைப்பின் அடிப்படைக் கொள்கைகளாகும்.
• ஆஃப்பாவின் கொள்கை எலக்ட்ரான்கள் அணுச் சுற்றுப்பாதைகளை எந்த வரிசையில் நிரப்புகின்றன என்பதைத் தீர்மானிக்கிறது, அதே நேரத்தில் ஹண்ட் விதி அந்தச் சுற்றுப்பாதைகளில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் சுழலைத் தீர்மானிக்கிறது.
• ஹண்ட் விதி பௌலி விலக்கு கொள்கையின் விளைவாகும், அதே நேரத்தில் ஆஃப்பாவின் கொள்கை எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் கருவுக்கு இடையேயான நிலைமின்னியல் ஈர்ப்பின் விளைவாகும்.
• ஹண்ட் விதி மற்றும் ஆஃப்பாவின் கொள்கை இரண்டும் தனிமங்கள் மற்றும் சேர்மங்களின் பண்புகளைப் புரிந்துகொள்வதற்கு அவசியமானவை.

ஹண்ட் விதி மற்றும் ஆஃப்பாவின் கொள்கையின் எடுத்துக்காட்டுகள்

• ஹண்ட் விதி மற்றும் ஆஃப்பாவின் கொள்கையைப் பயன்படுத்தி தனிமங்கள் மற்றும் சேர்மங்களின் பண்புகளை எவ்வாறு விளக்க முடியும் என்பதற்கான சில எடுத்துக்காட்டுகள் பின்வருமாறு:

  • ஹீலியம் தனிமத்தில் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன, அவை இரண்டும் 1s சுற்றுப்பாதையை ஆக்கிரமிக்கின்றன. ஹண்ட் விதியின்படி, எலக்ட்ரான்கள் எதிரெதிர் சுழல்களைக் கொண்டுள்ளன, இது ஒரு ஒற்றைநிலை (singlet) நிலையை விளைவிக்கிறது.
  • லித்தியம் தனிமத்தில் மூன்று எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன, அவை 1s மற்றும் 2s சுற்றுப்பாதைகளை ஆக்கிரமிக்கின்றன. ஆஃப்பாவின் கொள்கையின்படி, 1s சுற்றுப்பாதை முதலில் நிரப்பப்படுகிறது, அதைத் தொடர்ந்து 2s சுற்றுப்பாதை நிரப்பப்படுகிறது. ஹண்ட் விதியின்படி, 2s சுற்றுப்பாதையில் உள்ள எலக்ட்ரான் ஒரு இணையாக்கப்படாத சுழலைக் கொண்டுள்ளது, இது ஒரு இரட்டைநிலை (doublet) நிலையை விளைவிக்கிறது.
  • ஆக்ஸிஜன் தனிமத்தில் எட்டு எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன, அவை 1s, 2s மற்றும் 2p சுற்றுப்பாதைகளை ஆக்கிரமிக்கின்றன. ஆஃப்பாவின் கொள்கையின்படி, 1s சுற்றுப்பாதை முதலில் நிரப்பப்படுகிறது, அதைத் தொடர்ந்து 2s சுற்றுப்பாதை, பின்னர் 2p சுற்றுப்பாதைகள் நிரப்பப்படுகின்றன. ஹண்ட் விதியின்படி, 2p சுற்றுப்பாதைகளில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் எதிரெதிர் சுழல்களைக் கொண்டுள்ளன, இது ஒரு மும்மைநிலை (triplet) நிலையை விளைவிக்கிறது.

• ஹண்ட் விதி மற்றும் ஆஃப்பாவின் கொள்கை ஆகியவை தனிமங்கள் மற்றும் சேர்மங்களின் பண்புகளைப் புரிந்துகொள்வதற்கு அவசியமான அணு அமைப்பின் இரண்டு அடிப்படைக் கொள்கைகளாகும்.

• ஹண்ட் விதி அணுச் சுற்றுப்பாதைகளில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் சுழலைத் தீர்மானிக்கிறது, அதே நேரத்தில் ஆஃப்பாவின் கொள்கை எலக்ட்ரான்கள் அந்தச் சுற்றுப்பாதைகளை எந்த வரிசையில் நிரப்புகின்றன என்பதைத் தீர்மானிக்கிறது.

• ஹண்ட் விதி மற்றும் ஆஃப்பாவின் கொள்கை இரண்டும் பௌலி விலக்கு கொள்கை மற்றும் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் கருவுக்கு இடையேயான நிலைமின்னியல் ஈர்ப்பின் விளைவுகளாகும்.

ஹண்ட் விதி கேள்வி-பதில்கள்#

ஹண்ட் விதி என்றால் என்ன?#

ஹண்ட் விதி என்பது அணு மற்றும் மூலக்கூறு இயற்பியலில் உள்ள ஒரு கொள்கையாகும், இது பல எலக்ட்ரான்கள் கொண்ட ஒரு அணு அல்லது மூலக்கூறின் மிகக் குறைந்த ஆற்றல் நிலை, எலக்ட்ரான் சுழல்கள் முடிந்தவரை ஒத்திசைவாக இருக்கும் ஒன்று என்று கூறுகிறது. வேறுவிதமாகக் கூறினால், ஒரு குறிப்பிட்ட சுற்றுப்பாதையில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் எதிரெதிர் சுழல்களுடன் இணையாக்கத் தொடங்குவதற்கு முன்பு ஒரே சுழலைக் கொண்டிருக்க வேண்டும்.

ஹண்ட் விதி ஏன் முக்கியமானது?#

அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளின் காந்தப் பண்புகளை விளக்க உதவுவதால் ஹண்ட் விதி முக்கியமானது. எலக்ட்ரான் சுழல்களின் ஒத்திசைவு ஒரு காந்தப்புலத்தை உருவாக்குகிறது, மேலும் இந்தப் புலத்தின் வலிமை இணையாக்கப்படாத எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையைப் பொறுத்தது. அதிக இணையாக்கப்படாத எலக்ட்ரான்களைக் கொண்ட அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகள் வலிமையான காந்தப்புலங்களைக் கொண்டிருக்கும் என்று ஹண்ட் விதி கணிக்கிறது.

ஹண்ட் விதியின் சில எடுத்துக்காட்டுகள் என்ன?#

• கார்பன் அணுவில், 2p சுற்றுப்பாதையில் உள்ள இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் ஒரே சுழலைக் கொண்டுள்ளன. இது கார்பன் அணுவை அயற்படு காந்தமாக (paramagnetic) ஆக்கும் ஒரு காந்தப்புலத்தை உருவாக்குகிறது.
• ஆக்ஸிஜன் மூலக்கூறில், π* சுற்றுப்பாதையில் உள்ள இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் எதிரெதிர் சுழல்களைக் கொண்டுள்ளன. இது இரண்டு எலக்ட்ரான்களின் காந்தப்புலங்களை ரத்து செய்கிறது, இதனால் ஆக்ஸிஜன் மூலக்கூறு எதிர்காந்தமாக (diamagnetic) ஆகிறது.

ஹண்ட் விதிக்கான விதிவிலக்குகள் என்ன?#

ஹண்ட் விதிக்கு சில விதிவிலக்குகள் உள்ளன. ஒரு விதிவிலக்கு என்னவென்றால், ஒரு சுற்றுப்பாதையில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் சமமானவை அல்லாதபோது. எடுத்துக்காட்டாக, நைட்ரஜன் அணுவில், 2p சுற்றுப்பாதையில் உள்ள இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் வெவ்வேறு சுழல்களைக் கொண்டுள்ளன. ஏனெனில் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் வெவ்வேறு சுற்றுப்பாதைகளில் உள்ளன, மேலும் அந்தச் சுற்றுப்பாதைகள் சம ஆற்றல் கொண்டவை (degenerate) அல்ல.

ஹண்ட் விதிக்கான மற்றொரு விதிவிலக்கு என்னவென்றால், அணு அல்லது மூலக்கூறு ஒரு வலுவான காந்தப்புலத்தில் இருக்கும்போது. இந்த வழக்கில், காந்தப்புலம் இணை சுழல்களுக்கான ஹண்ட் விதியின் விருப்பத்தை மீறலாம்.

ஹண்ட் விதியின் சில பயன்பாடுகள் என்ன?#

ஹண்ட் விதி பல்வேறு பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, அவற்றில் சில:

• காந்தப் பொருட்களின் வடிவமைப்பு
• வேதிப் பிணைப்பின் ஆய்வு
• அணு மற்றும் மூலக்கூறு நிறமாலைகளின் (spectra) விளக்கம்

முடிவுரை#

ஹண்ட் விதி அணு மற்றும் மூலக்கூறு இயற்பியலில் ஒரு அடிப்படைக் கொள்கையாகும். இது அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளின் காந்தப் பண்புகளை விளக்க உதவுகிறது, மேலும் இது வேதியியல் மற்றும் இயற்பியலில் பல்வேறு பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது.