Что такое принцип исключения Паули?

Применительно к приложениям в химии и квантовой механике принцип исключения Паули касается размещения электронов в атоме. Принцип гласит, что каждый электрон в атоме должен иметь уникальные квантовые числа. Квантовые числа указывают на подоболочку, а также размер, расположение и уровень энергии орбиталей, в которых находятся электроны, а также спин каждого электрона.

В атоме электроны вращаются вокруг ядра. Области, в которых определенные электроны занимают пространство, называются орбиталями, а орбитали группируются в подоболочки. Количество электронов в данной орбите или подоболочке определяется предписаниями принципа исключения Паули, согласно которому никакие два электрона не могут иметь одинаковые квантовые числа. Для электронов существует четыре квантовых числа, которые вместе определяют общее положение электрона в данном атоме. Квантовые числа называются главными, азимутальными, магнитными и спиновыми.

Принципиальное квантовое число указывает уровень энергии и размер данной орбитали. Энергия увеличивается по мере того, как электронные орбитали отодвигают отца от ядра. Это квантовое число обозначается целым числом. Когда ученый отмечает положение электрона в атоме, первым пишется принцип квантового числа.

Азимутальные и магнитные квантовые числа дают информацию о подоболочке орбитали. Указывая фактическую подоболочку, азимутальная диктует информацию об этой подоболочке. Магнит определяет, сколько орбиталей находится в данной подоболочке, и указывает, на какой из этих орбиталей находится электрон. Хотя азимутальное число может быть обозначено цифрой, научное обозначение для него пишется в виде буквы: s, p, d или f. Магнитное квантовое число указывается надстрочной цифрой в научной нотации, но в противном случае указывается либо как ноль, либо как положительное, либо как отрицательное число.

Спин электрона может быть либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки. Принцип исключения Паули гласит, что каждый электрон на орбите должен вращаться в другом направлении. Поскольку существует только два варианта, только два электрона могут занимать одну и ту же орбиту и оставаться уникальными. Спины обозначаются положительным или отрицательным « _1/2 » или стрелками, направленными вверх или вниз.

Принцип исключения Паули служит основой для объяснения связи между атомами, а также научных правил и явлений. Он имеет приложения в теории правил и групп Хунда. Кроме того, это помогает определить, когда и как звезды коллапсируют на стадии существования белого карлика и нейтронной звезды.