হুন্ডের সর্বাধিক গুণিতকতার নিয়ম

হুন্ডের সর্বাধিক গুণিতকতার নিয়ম একটি পর্যবেক্ষণভিত্তিক নিয়ম যা পরমাণুর বর্ণালী থেকে উদ্ভূত। এটি এমন পরমাণু বা অণুর ভূমি অবস্থা (ground state) নির্ধারণে ব্যবহৃত হয়, যাদের এক বা একাধিক খোলা ইলেকট্রন খোল রয়েছে। এই নিয়ম অনুযায়ী, কোনো একটি নির্দিষ্ট ইলেকট্রন বিন্যাসে যে টার্ম-এর স্পিন গুণিতকতা সবচেয়ে বেশি, সেটিই সবচেয়ে কম শক্তিযুক্ত অর্থাৎ সবচেয়ে স্থিতিশীল। এর মানে, সমশক্তির একাধিক কক্ষপথ থাকলে ইলেকট্রনগুলো প্রথমে এককভাবে (একটি করে) সেই কক্ষপথগুলো পূরণ করে। পরে তারা জোড়ায় জোড়ায় প্রবেশ করে। ১৯২৫ সালে ফ্রিডরিখ হুন্ড এই নিয়মটি প্রস্তাব করেন। এটি পরমাণু রসায়ন, বর্ণালিবিজ্ঞান এবং কোয়ান্টাম রসায়ন-এ ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। অনেক সময় এটি সংক্ষেপে হুন্ডের নিয়ম নামেই পরিচিত, যদিও তাঁর আরও দুটি নিয়ম রয়েছে।

পরমাণু
গুণিতকতা বোঝাতে ২S + ১ সূত্র ব্যবহার করা হয়, যেখানে S হলো মোট ইলেকট্রন স্পিন। অর্থাৎ, স্পিন যত বেশি, গুণিতকতা তত বেশি। উচ্চ গুণিতকতা মানে উচ্চ স্পিন অবস্থা, যা সাধারণত অপরিবদ্ধ এবং সমান্তরাল স্পিনের ইলেকট্রন দ্বারা গঠিত হয়। যেহেতু প্রতিটি ইলেকট্রনের স্পিন মান ১/২, তাই মোট স্পিন হয় (অপরিবদ্ধ ইলেকট্রনের সংখ্যা × ১/২)। ফলে গুণিতকতা হয় (অপরিবদ্ধ ইলেকট্রনের সংখ্যা + ১)। উদাহরণ হিসেবে, নাইট্রোজেন পরমাণুর ভূমি অবস্থায় তিনটি অপরিবদ্ধ ইলেকট্রন থাকে যাদের স্পিন সমান্তরাল। তাই মোট স্পিন ৩/২ এবং গুণিতকতা ৪।

এই উচ্চ-স্পিন অবস্থা অপেক্ষাকৃত বেশি স্থিতিশীল, কারণ পাউলি বর্জন নীতি অনুযায়ী, সমান্তরাল স্পিনবিশিষ্ট ইলেকট্রনরা আলাদা কক্ষপথে থাকে। পূর্বে ধারণা করা হতো, আলাদা কক্ষপথে থাকার ফলে ইলেকট্রনদের মধ্যে দূরত্ব বেড়ে যায় এবং পারস্পরিক বিকর্ষণ কমে। কিন্তু ১৯৭০-এর দশকের পর কোয়ান্টাম যান্ত্রিক বিশ্লেষণে দেখা গেছে, আসল কারণ হলো কম স্ক্রিনিং, যার ফলে ইলেকট্রনগুলো নিউক্লিয়াসের আরও কাছে যেতে পারে এবং ইলেকট্রন-নিউক্লিয়াস আকর্ষণ শক্তি বেড়ে যায়।

এই নিয়ম অনুযায়ী, আউফবাউ নীতিতে ভূমি অবস্থায় ইলেকট্রন কিভাবে কক্ষপথ পূরণ করবে তা নির্ধারণ হয়। কোনো একটি উপশেল-এ, প্রতিটি কক্ষপথে প্রথমে একটি করে ইলেকট্রন যাবে এবং সেগুলোর স্পিন হবে সমান্তরাল। পরে দ্বিতীয় ইলেকট্রন প্রবেশ করে এবং জোড়া তৈরি হয়। এর ফলে সর্বাধিক সংখ্যক অপরিবদ্ধ ইলেকট্রন নিশ্চিত হয়।

উদাহরণস্বরূপ, অক্সিজেন পরমাণুর 2p4 উপশেল ইলেকট্রন বিন্যাস হয় [↑↓] [↑] [↑], অর্থাৎ একটি কক্ষপথ পূর্ণ, বাকি দুটি এককভাবে পূর্ণ। এটি [↑↓] [↑] [↓] বা [↑↓] [↑↓] অপেক্ষা বেশি স্থিতিশীল। ম্যাঙ্গানিজ (Mn) পরমাণুর 3d5 কনফিগারেশনে পাঁচটি অপরিবদ্ধ ইলেকট্রন থাকে এবং তাদের সবগুলোর স্পিন সমান্তরাল, ফলে এটি 6S ভূমি অবস্থা তৈরি করে।

কিছু পরমাণুতে দুটি আংশিক পূর্ণ উপশেল কাছাকাছি শক্তিযুক্ত হতে পারে। যেমন, ক্রোমিয়াম (Cr) পরমাণুর কনফিগারেশন 3d54s, যার ফলে এতে ছয়টি অপরিবদ্ধ ও সমান্তরাল স্পিনযুক্ত ইলেকট্রন থাকে। ফলে এর ভূমি অবস্থা হয় 7S।

অণু
যদিও অধিকাংশ অণুতে সব ইলেকট্রন জোড়ায় থাকে, কিছু অণুতে অপরিবদ্ধ ইলেকট্রন থাকে এবং সেখানে হুন্ডের নিয়ম প্রযোজ্য। এর প্রধান উদাহরণ হলো ডাইঅক্সিজেন (O2) অণু। এখানে দুটি সমশক্তির π* অ্যান্টিবন্ডিং কক্ষপথে একটি করে ইলেকট্রন থাকে। হুন্ডের নিয়ম অনুসারে, ভূমি অবস্থা হয় ত্রয়ী অক্সিজেন—যেখানে দুইটি ইলেকট্রন এককভাবে আলাদা কক্ষপথে এবং সমান্তরাল স্পিনে থাকে। একক অক্সিজেন অবস্থায় একটি কক্ষপথে দুটি ইলেকট্রন এবং অন্যটি ফাঁকা থাকে। এটি উত্তেজিত অবস্থা এবং এর রাসায়নিক ধর্ম ও প্রতিক্রিয়া ক্ষমতা আলাদা।

ব্যতিক্রম
২০০৪ সালে গবেষকেরা 5-ডিহাইড্রো-m-জাইলিন (DMX) নামের একটি জৈব যৌগ তৈরি করেন, যা হুন্ডের নিয়ম ভঙ্গকারী প্রথম অণু হিসেবে চিহ্নিত হয়।

আরও দেখুন
 হুন্ডের নিয়মসমূহ (এই নিয়মসহ আরও দুটি নিয়ম অন্তর্ভুক্ত)
 উচ্চ স্পিন ধাতব যৌগ

তথ্যসূত্র

বহিঃসংযোগ
পারডু বিশ্ববিদ্যালয়ের রসায়ন বিভাগের ওয়েবসাইটে সংক্ষিপ্ত সংজ্ঞা

নিয়ম
কোয়ান্টাম রসায়ন