Принцип исключения Паули против правила Хунда
После обнаружения структуры атома появилось так много моделей, описывающих, как электроны находятся в атоме. Шрёдингер выдвинул идею существования «орбиталей» в атоме. Принцип запрета Паули и правило Хунда также используются для описания орбиталей и электронов в атомах.
Принцип исключения Паули
Принцип исключения Паули гласит, что никакие два электрона в одном атоме не могут иметь все четыре одинаковых квантовых числа. Орбитали атома описываются тремя квантовыми числами. Это главное квантовое число (n), угловой момент/азимутальное квантовое число (l) и магнитное квантовое число (ml). Из них главное квантовое число определяет оболочку. Может принимать любое целочисленное значение. Это похоже на период соответствующего атома в периодической таблице. Квантовое число углового момента может принимать значения от 0, 1, 2, 3 до n-1. Количество подоболочек зависит от этого квантового числа. А l определяет форму орбитали. Например, если l=o, то орбиталь равна s, а для p-орбитали l=1, для d-орбитали l=2, а для f-орбитали l=3. Магнитное квантовое число определяет количество орбиталей эквивалентной энергии. Другими словами, мы называем эти орбитали вырожденными. ml может принимать значения от –l до +l. Помимо этих трех квантовых чисел есть еще одно квантовое число, которое определяет электроны. Это известно как квантовое число вращения электрона (ms) и имеет значения +1/2 и -1/2. Итак, чтобы указать состояние электрона в атоме, нам нужно указать все четыре квантовых числа. Электроны находятся на атомных орбиталях, и только два электрона могут находиться на одной орбитали. Кроме того, эти два электрона имеют противоположные спины. Следовательно, то, что сказано в принципе исключения Паули, верно. Например, возьмем два электрона на уровне 3p. Главное квантовое число для обоих электронов равно 3. l равно 1, поскольку электроны находятся на р-орбитали. ml равно -1, 0 и +1. Следовательно, имеется 3 p вырожденных орбиталей. Все эти значения одинаковы для обоих рассматриваемых нами электронов. Но поскольку два электрона находятся на одной орбитали, их спины противоположны. Поэтому квантовое число спина разное (у одного +1/2, у другого -1/2).
Правило Сотни
Правило Хунда можно описать следующим образом.
“Наиболее стабильное расположение электронов в подоболочках (вырожденных орбиталях) – это расположение с наибольшим числом параллельных спинов. Они имеют максимальную кратность.”
В соответствии с этим, каждая подоболочка будет заполнена электроном с параллельным спином, прежде чем она будет дважды заполнена другим электроном. Из-за этой картины заполнения электроны менее экранированы от ядра; таким образом, у них самые высокие электронно-ядерные взаимодействия.
В чем разница между принципом исключения Паули и правилом Хунда?
• Принцип запрета Паули касается квантовых чисел атома. Правило Хунда касается того, как электроны заполняются орбиталями атома.
• Принцип запрета Паули говорит о наличии только двух электронов на орбиталь. А правило Хунда гласит, что только после заполнения одним электроном каждой орбитали произойдет спаривание электронов.
• Принцип запрета Паули описывает, как электроны на одних и тех же орбиталях имеют противоположные спины. Это можно использовать для объяснения правила Хунда.
