اصل طرد پائولی در مقابل قانون هاند
پس از یافتن ساختار اتمی، مدل‌های زیادی برای توصیف نحوه قرارگیری الکترون‌ها در اتم وجود داشت. شرودینگر ایده وجود "اوربیتال" در اتم را مطرح کرد. اصل طرد پائولی و قانون هوند نیز برای توصیف اوربیتال ها و الکترون ها در اتم ها ارائه شده اند.
اصل طرد پائولی
اصل طرد پائولی می گوید که هیچ دو الکترونی در یک اتم نمی توانند هر چهار عدد کوانتومی را یکسان داشته باشند. مدارهای یک اتم با سه عدد کوانتومی توصیف می شوند. اینها عدد کوانتومی اصلی (n)، تکانه زاویه‌ای/عدد کوانتومی ازیموتال (l) و عدد کوانتومی مغناطیسی (ml) هستند.از اینها، عدد کوانتومی اصلی یک پوسته را تعریف می کند. می تواند هر عدد صحیحی را بگیرد. این مشابه دوره اتم مربوطه در جدول تناوبی است. عدد کوانتومی تکانه زاویه ای می تواند مقادیری از 0، 1، 2، 3 تا n-1 داشته باشد. تعداد زیر پوسته ها به این عدد کوانتومی بستگی دارد. و l شکل اوربیتال را تعیین می کند. به عنوان مثال، اگر l=o، اوربیتال s است، و برای اوربیتال p، l=1، برای اوربیتال d l=2، و برای اوربیتال f l=3 است. عدد کوانتومی مغناطیسی تعداد اوربیتال های انرژی معادل را تعیین می کند. به عبارت دیگر، ما به این اوربیتال های منحط می گوییم. ml می تواند مقادیری از -l تا +l داشته باشد. غیر از این سه عدد کوانتومی، عدد کوانتومی دیگری وجود دارد که الکترون ها را تعریف می کند. این عدد به عنوان عدد کوانتومی اسپین الکترون ها شناخته می شود (ms) و دارای مقادیر 2/1+ و 2/1- است. بنابراین، برای مشخص کردن وضعیت یک الکترون در یک اتم، باید هر چهار عدد کوانتومی را مشخص کنیم. الکترون ها در اوربیتال های اتمی قرار دارند و تنها دو الکترون می توانند در یک اوربیتال زندگی کنند. علاوه بر این، این دو الکترون دارای اسپین های مخالف هستند.بنابراین، آنچه در اصل طرد پائولی آمده است، درست است. به عنوان مثال، ما دو الکترون را در سطح 3p می گیریم. عدد کوانتومی اصلی برای هر دو الکترون 3 است. l 1 است زیرا الکترون ها در یک اوربیتال p قرار دارند. ml است -1، 0 و +1. بنابراین، 3 اوربیتال دژنره شده p وجود دارد. همه این مقادیر برای هر دو الکترون مورد نظر ما یکسان است. اما از آنجایی که دو الکترون در یک اوربیتال ساکن هستند، اسپین های مخالف دارند. بنابراین، عدد کوانتومی اسپین متفاوت است (یکی 2/1+ و دیگری 2/1- دارد).
قانون هوند
قانون هوند را می توان به شرح زیر توصیف کرد.
"پایدارترین آرایش الکترون ها در لایه های فرعی (اوربیتال های منحط) همانی است که بیشترین تعداد اسپین های موازی را دارد. حداکثر تعدد را دارند."
بر این اساس، هر لایه فرعی قبل از اینکه با الکترون دیگر دو برابر شود، با یک الکترون در اسپین موازی پر می شود. به دلیل این الگوی پر شدن، الکترون ها کمتر از هسته محافظت می شوند. بنابراین، آنها بالاترین برهمکنش الکترون-هسته ای را دارند.
تفاوت بین اصل حذف پائولی و قانون هوند چیست؟
• اصل طرد پائولی درباره اعداد کوانتومی یک اتم است. قانون هاند درباره نحوه پر شدن الکترون ها به اوربیتال های یک اتم است.
• اصل طرد پائولی می گوید که در هر اوربیتال فقط دو الکترون وجود دارد. و قانون هوند می گوید که فقط پس از پر کردن یک الکترون به هر اوربیتال، جفت شدن الکترون اتفاق می افتد.
• اصل طرد پائولی توضیح می دهد که چگونه الکترون ها در اوربیتال های یکسان دارای اسپین های مخالف هستند. از این می توان برای توضیح قانون هوند استفاده کرد.
