Friedrich Hund: saksa füüsik, Hundi reegel ja tunneliefekti avastaja

Friedrich Hund — silmapaistev saksa füüsik: Hundi reegel ja tunneliefekti avastus, fundamentaalne panus kvantfüüsikasse ja molekulaarsele teooriale.

Friedrich Hund (4. veebruar 1896 – 31. märts 1997) oli saksa füüsik Karlsruhest, kes oli tuntud oma töödega aatomite ja molekulide kohta. Ta töötas Rostocki, Leipzigi, Jena, Frankfurt am Maini ja Göttingeni ülikoolides ning oli rahvusvahelise kvantmolekulaarteaduste akadeemia liige. Hund elas üle saja aasta ja pühendus teadustööle väga pika aja vältel.

Teadustöö ja peamised saavutused

Hund avaldas rohkem kui 250 teaduslikku tööd ja esseed ning andis olulise panuse aatomi struktuuri ja molekulaarspektrite kvantteooriasse. Tema uurimistöö hõlmas elektronide käitumist mitmeelektronilistest aatomitest ja molekulidest lähtudes, kvantmehaaniliste sümmeetriate ning energiatasetega seotud küsimusi käsitledes. Tema tööd aitasid kujundada kaasaegset arusaamist sellest, kuidas elektronid täidavad orbitaale ja kuidas see kajastub aatomi ja molekuli spektrites.

Hundi reegel

Hundi reegel (nimi tuleneb tema tööst) on lihtne ja praktiline juhend elektronide täitumiseks alatorudes ning selgitab paljusid keemiliste elementide ja ühendite magnetilisi ja spektroskoopilisi omadusi. Põhimõtted võib kokku võtta järgnevalt:

1. Maksimeeri spinimultipli‑sii‑tus: antud elektronkonfiguratsiooni puhul on madalaima energia term see, millel on maksimaalne koguspin S (st elektronid paigutuvad nii, et võimalikult paljud on mittepaarilised ja rühmitunud sama spiniga).
2. Maksimeeri orbitaalne moment: kui mitmel termil on sama spinimultipli‑sii‑tus, on madalaima energia oma see, millel on suurim koguline orbitaalne momendiväärtus L.
3. J‑reegel: kui avatud kest on vähem kui pooltäidetud, on madalaima energia term see, millel on väikeim täisarvuline koguline momendiväärtus J; kui kest on üle poole täidetud, kehtib vastupidi — eelistatakse suurimat J‑väärtust.

Need reeglid ei ole absoluutne seaduspära kõigi energiatermide kõigi tingimuste jaoks, kuid annavad heas järjekorras ettekujutuse madalaima energia seisunditest ja selgitavad paljusid eksperimendis täheldatud mustreid.

Tunneliefekt ja selle tähendus

1926. aastal märkis Hund, et kvantmehaanikas on võimalik, et osake „läbib” klassikaliselt keelatud energiatõkkeid — see nähtus sai hiljem tuntuks kui tunneliefekt. Tunnelimistähendus on lihtsustatult see, et kvantosake võib paikneda või liikuda piirkonda, kuhu klassikaline mehaanika ei lubaks minna, kuna sellel on madalam energia kui tõkest nõutav. Tunneliefektil on oluline tähendus nii molekulides (näiteks energiatasetes esinevate topeltpotentsiaalide korral tekkivad jaotuse või jagunemise efektid) kui ka paljudes tehnoloogilistes rakendustes (nt kvant‑tunneldioodid, skannerid ja keemilised reaktsioonid, kus elektronide tunneldamine kiirendab protsesse).

Karjäär, õpetamine ja pärand

Hund töötas mitmetes saksa ülikoolides, kus ta juhendas ja mõjutas mitut põlvkonda füüsikuid ja keemikuid. Tema tööd kvantmehaanika algusaegadel aitas selgitada elektronide ruumilisi ja spin‑omadusi ning andis tugeva aluse hilisemale kvantkeemia ja molekulaarfüüsika arengule. Tänu tema reeglitele ja mõttekäikudele on võimalik lihtsamalt ennustada aatomite ja molekulide põhiseisundeid, elektronide paigutust ja magnetilisi omadusi.

Kokkuvõte: Friedrich Hund oli silmapaistev teoreetiline füüsik, kelle töö aatomite ja molekulide kvantteooria alal on jäänud püsivaks osaks tänapäeva teaduslikust mõtlemisest. Tema nimi seondub eelkõige Hundi reegliga ja varajase mõtlemisega tunneliefekti kohta — mõlemad on olulised nii fundamentaalse teaduse kui ka praktiliste rakenduste kontekstis.

Hunds juhtumid

Hundi juhtumid, mis on molekulaarse nurkamomendi sidumise erirežiimid, ja Hundi reeglid, mis reguleerivad elektronide konfiguratsioone, on olulised spektroskoopias ja kvantkeemias. Keemias on Hundi reeglitest esimene eriti oluline ja seda nimetatakse sageli lihtsalt Hundi reegliks.

Küsimused ja vastused

K: Kes oli Friedrich Hund?

V: Friedrich Hund oli saksa füüsik Karlsruhes, kes oli tuntud oma tööde poolest aatomite ja molekulide kohta.

K: Kus ta töötas?

V: Ta töötas Rostocki, Leipzigi, Jena, Frankfurt am Maini ja Gِttingeni ülikoolides.

K: Millise panuse andis ta kvantteooriasse?

V: Ta andis panuse kvantteooriasse aatomi struktuuri ja molekulaarspektrite struktuuri kohta.

K: Mis on Hundi reegel?

V: Hundi reegel on aatomifüüsika põhimõte, mis väidab, et aatomile või molekulile elektronide lisamisel hõivavad nad erineva spinniorientatsiooniga orbitaalid nii, et nende summaarne spinniarvukus oleks maksimaalne. See on nimetatud Friedrich Hundi järgi, kes esitas selle esimest korda 1926. aastal.

K: Millal ta avastas tunneliefekti?

V: Ta avastas hilisema nn tunneliefekti 1926. aastal.

K: Kas Friedrich Hund oli mõne teadusliku ühingu liige?

V: Jah, ta oli Rahvusvahelise Kvantmolekulaarteaduste Akadeemia liige.