Friedrichas Hundas — vokiečių fizikas, Hundo taisyklės ir tuneliavimo atradėjas
Friedrichas Hundas (1896 m. vasario 4 d. – 1997 m. kovo 31 d.) buvo vokiečių fizikas iš Karlsrūhės, plačiai žinomas dėl svarbių darbų apie atomų ir molekulių struktūrą, spektroskopiją bei kvantinės teorijos principus. Per savo ilgą mokslinę karjerą jis dirbo universitetuose Rostoke, Leipcige, Jenoje, Frankfurte prie Maino ir Getingene ir buvo Tarptautinės kvantinių molekulinių mokslų akademijos narys. Hundas paskelbė daugiau kaip 250 mokslinių straipsnių ir esė, reikšmingai prisidėjo prie kvantinės teorijos taikymo molekulinėms sistemoms ir atomų spektrams.
Moksliniai pasiekimai
Hundas paliko keletą svarbių pėdsakų modernioje kvantinėje chemijoje ir fizikoje. Išskiriami jo pagrindiniai indėliai:
- Hundo taisyklės. Tai taisyklės, paaiškinančios, kaip elektronai užpildo degresyvius (to paties energijos lygio) atominius orbitus bei kaip nustatoma atomo arba jonų pagrindinė būsena.
- Hundo atvejai (Hund's cases). Sistema, naudojama apibūdinti įvairius kampinių momentų sujungimo būdus diatominių molekulių spektrose.
- Kvantinio tuneliavimo teorinis aprašymas. 1926 m. jis pirmasis parodė, kad kvantinėje mechanikoje dalelės gali „tuneliuoti“ per klasikinę energinę barjerą, o tai turi tiesioginį poveikį molekulinių energijos lygių pasiskirstymui ir spektriniams pasiskirstymams.
Hundo taisyklės (santrauka)
Hundo taisyklės apibūdina atominio apvalkalo elektronų išsidėstymą ir paprastai pateikiamos trimis principais:
- 1. Iš degresyvių orbitalių elektronai pirmiausia užima skirtingas orbitas su lygiagrečiais (paraleliniais) spinais — tai maksimalizuoja bendrą sukinių momentą (S), o sistema būna energetiškai palankesnė dėl mainų sąveikos (exchange energy).
- 2. Jei keli sprendiniai turi tokią pat multiplicitetą (t. y. tą patį S), tuomet pirmenybė teikiama didesniam orbitalinių kampinių momentų suma L.
- 3. Tarp susijungusių L ir S reikšmių pagrindinis orbitalinis ir sukinių momentų rezultantas J priklauso nuo užpildymo laipsnio: esant mažiau nei pusiau užpildytam sluoksniui, mažesnė J reikšmė paprastai reiškia mažesnę energiją (J = |L − S|), o esant daugiau nei pusei užpildytam sluoksniui — didesnė (J = L + S).
Šios taisyklės yra plačiai naudojamos chemijoje ir fizikoje nustatant atomų ir jonų magnetines savybes, spektro linijų dugno būsenas bei paaiškinant elektroninę konfigūraciją.
Tuneliavimo efektas
1926 m. Hundas teoriniuose skaičiavimuose aptarė reiškinį, kurį vėliau plačiai pradėta vadinti kvantiniu tuneliavimu: dalelė gali „pereiti“ per energijos barjerą net tada, kai klasikinės mechanikos požiūriu tam jos energijos nepakanka. Molekulėse tai pasireiškia kaip energijos lygių skilimas dviejų simetriškų energinių dublių (double-well potential) atveju. Praktinis pavyzdys – amoniako inverzija, kai molekulės geometrijos svyravimai sukelia tuneliavimo sukeltą dvigubinimą spektre. Tuneliavimas tapo kertiniu reiškiniu daugelyje sričių: chemijoje (reakcijų greičio skaičiavimuose), kondensuotoje materijoje (tuneliavimo diodai, kvantiniai prietaisai), bei kvantinėje informacijoje.
Biografija ir profesinė veikla
Friedrichas Hundas gimė 1896 m. vasario 4 d. Karlsrūhėje. Per pirmąją XX a. pusę jis dirbo ir dėstė įvairiuose Vokietijos universitetuose, plėtojo teorinę spektroskopiją, analizavo elektronų sąveikas atomuose ir molekulėse bei rengė mokslinius tekstus ir apžvalgas. Dėl savo ilgamečio indėlio į kvantinę teoriją ir molekulinę spektroskopiją jis turėjo reikšmingą įtaką vėlesnėms fizikų ir chemikų kartoms. Friedrichas Hundas mirė 1997 m. kovo 31 d., sulaukęs 101 metų.
Palikimas
Hundo idėjos — taisyklės, atvejai ir ankstyvas kvantinio tuneliavimo aprašymas — tebėra pamatiniai šaltiniai kvantinėje chemijoje ir fizikoje. Jo darbai pagrindė daugumos atominių ir molekulinių spektroskopinių reiškinių supratimą, o Hundo taisyklės yra standartinė dalis bet kurio kurso apie atomų elektroninę struktūrą. Jo mokslinė kūryba ir ilgalaikis akademinis aktyvumas užtikrino, kad vardas „Hund“ išliktų svarbus teorinės fizikos istorijoje ir šiuolaikinėse taikomosios kvantinės mokslo disciplinose.
Daugybė atvejų
Hundo atvejai, t. y. tam tikri molekulinio kampinio momento jungimo režimai, ir Hundo taisyklės, kuriomis reglamentuojamos elektronų konfigūracijos, yra svarbūs spektroskopijoje ir kvantinėje chemijoje. Chemijoje ypač svarbi pirmoji iš Hundo taisyklių, kuri dažnai vadinama tiesiog Hundo taisykle.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas buvo Frydrichas Hundas?
A: Frydrichas Hundas buvo vokiečių fizikas iš Karlsrūhės, žinomas dėl savo darbų apie atomus ir molekules.
K: Kur jis dirbo?
A: Jis dirbo Rostoko, Leipcigo, Jenos, Frankfurto prie Maino ir Gِttingeno universitetuose.
K: Kokį indėlį jis įnešė į kvantinę teoriją?
A: Jis prisidėjo prie kvantinės teorijos apie atomo sandarą ir molekulinių spektrų sandarą.
K: Kas yra Hundo taisyklė?
A: Hundo taisyklė yra atomo fizikos principas, kuris teigia, kad į atomą ar molekulę įnešami elektronai užima orbitales su skirtingomis sukinių orientacijomis, kad būtų maksimizuotas jų bendras sukinių daugiklis. Ši taisyklė pavadinta Frydricho Hundo, kuris pirmasis ją pasiūlė 1926 m., vardu.
K: Kada jis atrado tuneliavimo efektą?
Atsakymas: Vėliau vadinamąjį tuneliavimo efektą jis atrado 1926 m.
K: Ar Frydrichas Hundas buvo kokių nors mokslinių draugijų narys?
A: Taip, jis buvo Tarptautinės kvantinių molekulinių mokslų akademijos narys.
