Принцип запрета Паули
Принцип запрета Паули утверждает, что два электрона в одном атоме не могут иметь одинаковый набор всех четырёх квантовых чисел n, ℓ, mℓ и mₛ. Поскольку пространственная орбиталь задаётся n, ℓ и mℓ, на ней может находиться не более двух электронов, и их спины должны быть противоположны: mₛ=+1/2 и −1/2.
Что именно запрещено
Это не просто мнемоника «два электрона на орбиталь». Более фундаментально: два электрона не могут занимать одно и то же одноэлектронное квантовое состояние в одной фермионной системе.
На одной орбитали значения n, ℓ и mℓ совпадают, но mₛ различаются. Пара ↑↓ допустима, ↑↑ на одной и той же орбитали — нет.
Ёмкость подуровней
s-подуровень содержит 1 орбиталь и максимум 2 электрона, p — 3 и 6, d — 5 и 10, f — 7 и 14.
Общая ёмкость равна 2(2ℓ+1), потому что mℓ имеет 2ℓ+1 значений, а для каждой пространственной орбитали есть две спиновые состояния.
Результат
Результат: e⁻
Паули и правило Хунда
Паули ограничивает размещение одной орбитали. Правило Хунда определяет распределение электронов по разным вырожденным орбиталям до начала спаривания.
Для 2p² основное состояние два электрона занимают разные p-орбитали с параллельными спинами. Это энергетическое предпочтение Хунда, а не отдельное требование Паули.
Электронные конфигурации
Запись 1s²2s²2p⁶ уже содержит ограничение Паули. 1s² означает, что единственная 1s-орбиталь занята двумя разрешёнными спиновые состояния.
Третий электрон нельзя поместить в тот же 1s государство; он должен иметь другой набор орбитальных квантовых чисел.
Фермионы и антисимметрия
Электроны — фермионы со вращаться 1/2. При обмене двух неразличимых электронов многоэлектронная волновая функция меняет знак.
Паули следует из этой антисимметрии, а не просто из Кулоновское отталкивание. Даже при слабом электростатическом взаимодействии фермионное исключение сохранялся бы.
Химическое значение
Принцип участвует в формировании структура оболочки и периодичности: электроны не могут все коллапсировать в одно низшее одноэлектронное состояние.
Вместе с орбитальные энергии, правилом Хунда и электронная корреляция он лежит в основе структуры периодической системы и валентности.
Проверка орбитальная диаграмма
Проверьте каждую орбиталь: не более двух стрелок, а при двух — противоположные спины. Затем отдельно примените Хунд для вырожденные орбитали.
Паули не требует нулевого общее вращение всего атома. Непарные электроны полностью совместимы с принципом.
Разобранный пример
2p орбитальный
Могут ли два электрона иметь mₛ=+1/2 на одной 2p-орбитали?
Решение
Нет.
p подоболочка
Максимум электронов?
Решение
6.
2p²
Основное состояние распределение?
Решение
По одному электрону на двух разных p-орбиталях с параллельными спинами.