หลักกีดกันของเพาลี

หลักกีดกันของเพาลีระบุว่า อิเล็กตรอน สองตัวในอะตอมเดียวกันไม่สามารถมีเลขควอนตัมทั้งสี่ n, l, m_l และ m_s เหมือนกันทั้งหมด ผลที่ใช้โดยตรงคือ วงโคจรเชิงพื้นที่ หนึ่งรองรับ อิเล็กตรอน ได้มากสุดสองตัว และต้องมี ประมาณการหมุน ตรงข้าม

คำสั่ง เชิงควอนตัม

หลักการของเปาลี เกิดจาก ต่อต้านสมมาตร ของ ฟังก์ชันคลื่นอิเล็กตรอนหลายตัว สำหรับ เฟอร์เรียนที่เหมือนกัน ถ้าพยายามให้ อิเล็กตรอน สองตัวอยู่ใน สถานะอนุภาคเดียว เดียวกันทั้งหมด ฟังก์ชั่นคลื่น จะเป็นศูนย์

ข้อความว่า 'เลขควอนตัมทั้งสี่ห้ามเหมือนกัน' เป็นรูปแบบสำหรับอะตอม แต่หลักที่ลึกกว่านี้ใช้กับ เฟอร์เรียนที่เหมือนกัน ทุกระบบ

อัตราการเข้าพักในวงโคจร

วงโคจรเชิงพื้นที่ ระบุด้วย n,l,m_l และรองรับ m_s=+1/2 กับ −1/2 ได้อย่างละหนึ่ง อิเล็กตรอน จึงมีได้มากสุดสองตัว

หลักการของเปาลี ต่างจาก ร้อย's กฎ: เพาลี บอกว่า รัฐ ใด ต้องห้าม ส่วน ร้อย บอกการกระจาย อิเล็กตรอน ที่ ได้รับการสนับสนุนอย่างกระตือรือร้น ใน วงโคจร ที่ เสื่อมโทรม

ความจุของ เปลือกย่อย และ เปลือก

เปลือกย่อย มี 2l+1 วงโคจร จึงรับ อิเล็กตรอน สูงสุด 2(2l+1) ดังนั้น s,p,d,f มีความจุ 2,6,10,14 ตามลำดับ

เปลือก n รวมทุก เปลือกย่อย แล้วมี n² วงโคจร และสูงสุด 2n² อิเล็กตรอน แต่ความจุนี้ไม่ได้บอก กรอกคำสั่ง โดยตรง

ความสัมพันธ์กับ ตารางธาตุ

การปิด เปลือกย่อย และ รูปแบบเวเลนซ์ ที่เกิดซ้ำเป็นพื้นฐานของ เป็นระยะ ในเคมี ถ้าไม่มี หลักการแยกอิเล็กตรอน จำนวนมากจะสามารถลง รัฐต่ำสุด เดียวกันและโครงสร้างอะตอมจะต่างจากที่สังเกตอย่างสิ้นเชิง

อย่างไรก็ตาม เคมีเป็นระยะ ยังต้องอาศัย แรงดึงดูดทางนิวเคลียร์, การผลักกันของอิเล็กตรอน-อิเล็กตรอน และ การเรียงลำดับพลังงานของวงโคจร ร่วมด้วย

เฟอร์มิออน กับ โบซอน

อนุภาค ที่มี การหมุนครึ่งจำนวน เช่น อิเล็กตรอน, โปรตอน และ นิวตรอน เป็น เฟอร์มิออน และ ปฏิบัติตามหลักการยกเว้น ส่วน โบซอน ที่มี การหมุนจำนวนเต็ม สามารถมีหลาย อนุภาค ใน สถานะควอนตัม เดียวกันได้

ความแตกต่างนี้มีผลตั้งแต่ โครงสร้างอะตอม ไปจนถึง ความดันความเสื่อม ใน ดาวแคระขาว และ ปรากฏการณ์สสารควบแน่น

แลกเปลี่ยนผล

ต่อต้านสมมาตร ของ ฟังก์ชั่นคลื่น ทำให้ อิเล็กตรอนหมุนรอบเดียวกัน มี ความน่าจะเป็นลดลง ที่จะพบใกล้กันแม้ไม่เพิ่มแรงผลักใหม่ ผลนี้เรียก แลกเปลี่ยนความสัมพันธ์ ในภาษาควอนตัม

ใน การแลกเปลี่ยนการคำนวณโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ มีผลต่อ พลังงาน และ คุณสมบัติทางแม่เหล็ก จึงเห็นว่า หลักการของเปาลี มีผลมากกว่าการกำหนดสอง อิเล็กตรอน ต่อ วงโคจร

ผลต่อสสารระดับมหภาค

ในโลหะ อิเล็กตรอน เติม รัฐ จนถึง พลังงานเฟอร์มี เพราะไม่สามารถกองอยู่ รัฐ ต่ำสุดเดียวกันได้ ในดาวแคระขาว ความดันความเสื่อมของอิเล็กตรอน ช่วยต้าน แรงโน้มถ่วง

ตัวอย่างเหล่านี้แสดงว่า หลักการยกเว้น ที่เรียนในอะตอมขยายไปสู่ สสารควบแน่น และ ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ โดยตรง

ผลต่อสสารระดับมหภาค

การยกเว้นของเปาลี ทำให้ อิเล็กตรอน ไม่สามารถยุบรวมลง รัฐ ต่ำสุดเดียวกันทั้งหมด ใน ของแข็ง มันช่วยกำหนดการเติม แถบพลังงาน และ ระดับเฟอร์มี

ใน ความดันความเสื่อมของอิเล็กตรอนแคระขาว ซึ่งมีรากจาก สถิติของเฟอร์มิออน สามารถต้าน แรงโน้มถ่วง ได้จนถึงขีดจำกัดหนึ่ง จึงเห็นว่าหลักนี้มีผลตั้งแต่อะตอมถึงดาว

แบบฝึกหัด

หนึ่ง 2p วงโคจร

รองรับสูงสุด

เฉลย: 2 อิเล็กตรอน ที่ หมุน ตรงข้าม

3d เปลือกย่อย

มี 5 วงโคจร

เฉลย: สูงสุด 10 อิเล็กตรอน

n=2,l=1,m_l=0 เหมือนกันได้ไหม?

ได้สองตัวถ้า m_s ต่างกัน

เฉลย: เลขทั้งสี่จึงไม่ซ้ำกันทั้งหมด