훈트 규칙

Hund's Rule / Hund's rule of maximum multiplicity.

독일의 물리학자 프리드리히 훈트가 발견한 규칙. 다전자 원자에서 전자가 채워지는 3가지 규칙 중 하나이다. 나머지는 쌓음 원리, 파울리 배타 원리.

각 원자의 바닥 상태의 전자 배열은 에너지 상태가 같은 원자 궤도에 전자가 배치될 때, 가능한 한 짝짓지 않는 전자들이 많도록 전자가 채워진다는 것이다. 이때 짝짓지 않는 전자를 홀전자 라고 하는데, 홀전자의 수가 많은 전자 배치가 더 안정하다.

홀전자를 가진 오비탈의 개수가 최대가 되도록 전자를 우선 배치한다. (전자들의 스핀 방향은 모두 같다.)

하나의 오비탈에는 스핀이 서로 다른 전자 2개가 들어갈 수 있다고 하는데, 이때 전자 2개가 가득 채워진 오비탈보다 전자 1개씩 우선적으로 채워진 오비탈이 더 안정적이라는 뜻이다. 이는 원자에 전자가 배치될 때 전자 간의 반발력을 줄이기 위해서이다.

이 때문에 예외적으로 훈트의 규칙을 만족하지 않는 원소가 생기는데, 이는 크로뮴과 구리다. 예외적으로 d 오비탈에 전자가 5개 채워져 있거나, 10개 채워져 있는 경우 더 안정해진다고 생각하면 된다. 참고로 바닥 상태에서 Cr: [Ar] 4s¹ 3d⁵, Cu: [Ar] 4s¹ 3d¹⁰이다.

위의 설명은 양자역학을 배우지 않은 물리학이나 화학 입문자를 위해 쉽게 번역된 버전이다. 원본이나 쉬운 버전이나, 계의 에너지를 최소화하기 위해, 원자 내에서 전자가 어떻게 배치되는지를 논하는 것은 똑같은데, 핵심인 법칙은 크게 다르다.

이후 결정에서 총 각운동량을 훈트 규칙을 통해 계산했을 때 잘 맞아떨어지지 않는다는 점이 발견되었고, 이는 오비탈 퀀칭(Orbital Quenching)이라는 개념이 도입됨으로서 해결되었다.