洪德规则

在原子物理学中，洪德规则是指德国物理学家弗里德里希洪德在1927年前后制定的一套规则，用于确定多电子原子基态对应的术语符号。 xxx条规则在化学中尤为重要，通常简称为洪德规则。

这三个规则是：

• 对于给定的电子构型，具有xxx多重性的项具有最低的能量。 重数等于 2 S + 1 {displaystyle 2S+1 } ，其中 S {displaystyle S} 是所有电子的总自旋角动量。 多重性也等于未成对电子的数量加一。 因此，具有最低能量的项也是具有xxx S {displaystyle S,} 和xxx未成对电子数的项。
• 对于给定的多重性，具有总轨道角动量量子数 L {displaystyle L,} xxx值的项具有最低能量。
• 对于给定项，在最外层子壳半满或更少的原子中，具有总角动量量子数 J {displaystyle J,} 最低值的能级（对于算子 J = L + S {displaystyle {boldsymbol {J}}={boldsymbol {L}}+{boldsymbol {S}}} ) 能量最低。 如果最外层的壳超过半满，则 J {displaystyle J,} 值最高的层级能量最低。

这些规则以简单的方式指定了通常的能量相互作用如何确定哪一项包括基态。 这些规则假定外层电子之间的排斥力远大于自旋轨道相互作用，而自旋轨道相互作用又强于任何其他剩余的相互作用。 这被称为 LS 耦合机制。

全壳层和子壳层对总 S、总自旋角动量和 L、总轨道角动量的量子数没有贡献。 可以证明，对于全轨道和亚轨道，残余静电能（电子之间的排斥力）和自旋轨道相互作用只能一起移动所有能级。 因此，在确定一般能级的排序时，仅必须考虑外价电子。

由于泡利不相容原理，两个电子不能在同一系统内共享同一组量子数； 因此，每个空间轨道中只能容纳两个电子。 这些电子之一必须具有（对于某些选定的方向 z）ms = 1⁄2，而另一个必须具有 ms = −1⁄2。 洪德的xxx条规则指出，最低能量原子态是使开子壳层中电子的总自旋量子数最大化的原子态。 在双占据发生之前，子壳的轨道各自被平行自旋的电子单独占据。 （这有时被称为公共汽车座位规则，因为它类似于公共汽车乘客的行为，他们倾向于在双人占用发生之前单独占据所有双人座位。）

对于高多重态的稳定性增加，已经给出了两种不同的物理解释。 早期的量子力学提出，不同轨道上的电子相距较远，从而使电子间的斥能减小。 然而，精确的量子力学计算（从 1970 年xxx始）表明，原因是单独占据的轨道中的电子被原子核屏蔽或屏蔽的效果较差，因此这种轨道收缩，电子 - 核吸引能量变得更大 幅度（或代数减少）。

例如，考虑硅的基态。 Si 的电子排布是 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2（见光谱符号）。 我们只需考虑外层 3p2 电子，可以证明（见术语符号）泡利不相容原理允许的可能项是 1D、3P 和 1S。 洪德的xxx条规则现在指出基态项是 3P（三重态 P），其中 S = 1。上标 3 是多重性的值 = 2S + 1 = 3。该图显示了该项的状态 ML = 1 且 MS = 1。

该规则涉及减少电子之间的排斥力。 从经典图片中可以理解，如果所有电子都沿相同方向（更高的轨道角动量）运行，那么它们相遇的频率要低于其中一些电子沿相反方向运行的情况。 在后一种情况下，排斥力增加，从而使电子分离。

这给他们增加了势能，所以他们的能量水平更高。

对于硅，只有一个三重态项，因此不需要第二条规则。 需要第二条规则来确定基态项的最轻原子是电子配置为 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2 的钛 (Ti, Z = 22)。 在这种情况下，开壳是 3d2，允许的项包括三个单线态。