Bahasa MelayuMS⌄
Prinsip pengecualian Pauli
Prinsip pengecualian Pauli menyatakan bahawa dua elektron dalam atom yang sama tidak boleh mempunyai set lengkap empat nombor kuantum yang sama. Had ini datang daripada sifat elektron sebagai fermion, bukan daripada gambaran klasik tentang zarah yang saling menolak, dan ia menentukan kapasiti orbital serta banyak pola dalam jadual berkala.
Maksud kuantum prinsip
Keadaan elektron dalam atom berbilang elektron diterangkan oleh nombor kuantum. Pauli ialah syarat ke atas keadaan yang dibenarkan, bukan daya tambahan yang menolak elektron keluar daripada orbital.
Empat nombor kuantum
Keadaan satu elektron dikenal pasti oleh n, ℓ, mℓ dan ms. Jika dua elektron mempunyai keempat-empat nilai yang sama, keadaan keseluruhan tidak sah untuk dua fermion seiras.
Asal fermion
Fungsi gelombang elektron mesti bertukar tanda apabila dua elektron ditukar. Jika kedua-duanya berada dalam keadaan yang benar-benar sama, syarat antisimetri memaksa amplitud keadaan itu menjadi sifar.
Orbital dan konfigurasi
Prinsip ini menjadi peraturan praktikal semasa membina konfigurasi elektron, tetapi ia perlu dibezakan daripada peraturan Hund dan susunan tenaga orbital.
Maksimum dua elektron
Satu orbital menetapkan n, ℓ dan mℓ. Oleh sebab ms hanya boleh +1/2 atau −1/2, satu orbital hanya boleh memuatkan dua elektron dan spin mereka mestilah berlawanan.
Berbeza daripada peraturan Hund
Pauli melarang keadaan yang sama sepenuhnya; Hund menerangkan cara elektron mengisi orbital setenaga secara tunggal sebelum berpasangan. Kedua-duanya menjawab soalan yang berbeza.
Akibat berkala dan kimia
Had keadaan menentukan kapasiti subkulit dan menyumbang terus kepada blok s, p, d dan f serta pengulangan elektron valens.
Kapasiti subkulit
Bagi nombor ℓ, terdapat 2ℓ+1 orbital dan setiap orbital memuatkan dua elektron. Maka kapasiti s, p, d dan f masing-masing ialah 2, 6, 10 dan 14.
Apa yang tidak dimaksudkan
Gambar kotak orbital berguna, tetapi ia tidak patut ditafsirkan sebagai petak fizikal yang memisahkan elektron.
Bukan tolakan klasik
Elektron memang mengalami tolakan Coulomb, tetapi pengecualian Pauli bukan nama lain bagi tolakan itu. Antisimetri fermion kekal sebagai kekangan kuantum yang berasingan.
Prinsip ini terus terpakai apabila bentuk orbital berubah dalam molekul atau pepejal. Kita mungkin beralih daripada orbital atom kepada orbital molekul, tetapi keadaan ruang yang sama masih hanya boleh dihuni oleh dua elektron dengan spin berlawanan. Oleh itu Pauli ialah kekangan pada struktur keadaan kuantum keseluruhan, bukan hanya peraturan melukis kotak konfigurasi.
Latihan berjawab
Satu orbital 2p
Berapakah elektron maksimum dalam satu orbital 2p tertentu?
Penyelesaian
Dua elektron dengan spin berlawanan. Elektron ketiga akan mengulangi set nombor kuantum yang sama.
Subkulit d
Apakah kapasiti maksimum subkulit d?
Penyelesaian
Untuk ℓ=2 terdapat lima orbital, jadi kapasiti maksimum ialah 10 elektron.
Pauli atau Hund?
Mengapa tiga elektron 2p nitrogen mengisi tiga orbital secara tunggal dahulu?
Penyelesaian
Pilihan orbital tunggal setenaga datang daripada peraturan Hund. Pauli pula memastikan setiap orbital tidak melebihi dua elektron dengan spin berlawanan.