Utilizada en física, la regla de Hund aborda la disposición de los electrones en los orbitales de un átomo. La regla de Hund indica que para cualquier grupo de orbitales, o subcapas, en un nivel de energía, cada orbital debe contener un electrón, cada uno girando en la misma dirección, antes de que los electrones puedan emparejarse en los orbitales. La regla es importante para comprender ciertos comportamientos en los átomos, como el magnetismo en los metales.
En el centro de un átomo está el núcleo. El núcleo contiene partículas llamadas protones, que están cargadas positivamente, y partículas llamadas neutrones, que son neutrales. Moviéndose alrededor del núcleo hay pequeñas partículas llamadas electrones, que están cargadas negativamente. Los electrones se mueven, o giran, en áreas determinadas alrededor del núcleo, llamadas orbitales, y pueden tener otro electrón compartiendo su órbita. Cuando esto sucede, los electrones girarán en direcciones opuestas.
Además de los espines, los orbitales de los electrones también se definen por subcapas y niveles de energía. Las subcapas están etiquetadas con las letras s, p, d y f, y denotan ciertos orbitales o grupos de orbitales que se encuentran en los diferentes niveles de energía de los átomos. Hay cuatro niveles de energía en el estado fundamental, que contienen más subcapas a medida que aumentan. Por ejemplo, el primer nivel de energía solo contiene una subcapa s, el segundo nivel de energía tiene una subcapa s y una subcapa ap, y así sucesivamente. En pocas palabras, cuantos más electrones posee un átomo, más subcapas y niveles de energía están presentes.
Por ejemplo, el hidrógeno solo contiene un electrón, por lo que solo tiene una subcapa, la s, en el primer nivel de energía. Por el contrario, el hierro contiene 26 electrones, por lo que tiene cuatro subcapas, una para cada nivel de energía; dos subcapas p, cada una de las cuales contiene tres orbitales, ubicados en los niveles de energía dos y tres; y una subcapa d, que contiene cinco orbitales, en el nivel de energía tres.
Centrándose en la capa exterior, la regla de Hund determina cómo se disponen los electrones en los orbitales o su configuración. Partiendo de los conceptos de que solo dos electrones pueden ocupar un orbital dado y los electrones en el mismo giro orbital en direcciones opuestas, la regla de Hund establece que los electrones siempre deben llenar todos los orbitales vacíos en una subcapa antes de emparejarse con los electrones. También dice que al llenar los orbitales vacíos, cada electrón desapareado debe girar en la misma dirección. Dado que una subcapa debe estar completamente llena antes de que los electrones llenen otras capas, esta regla solo entra en vigor para la última subcapa llena.
Por ejemplo, los 26 electrones del hierro llenan completamente cada una de sus subcapas hasta la última, la subcapa 3d. Aquí, quedan seis electrones para llenar cinco orbitales. Los primeros cinco electrones, todos girando en la misma dirección, ocuparán cada uno un orbital, y el sexto se emparejará con el electrón en el primer orbital, girando en la dirección opuesta. Es este fenómeno, con una serie de electrones desapareados que giran en la misma dirección, lo que permite que los elementos se vuelvan magnéticos. Por el contrario, cuando todos los electrones de la capa exterior están emparejados, como ocurre con los gases nobles, los átomos son completamente estables.