หลักการกีดกันของ Pauli กับ Hund Rule
หลังจากค้นหาโครงสร้างอะตอมแล้ว มีแบบจำลองมากมายที่อธิบายว่าอิเล็กตรอนอยู่ในอะตอมอย่างไร ชโรดิงเงอร์เกิดความคิดที่จะมี "ออร์บิทัล" ในอะตอม Pauli Exclusion Principle และ Hund rule ถูกนำมาใช้เพื่ออธิบายออร์บิทัลและอิเล็กตรอนในอะตอม
หลักการกีดกันเปาลี
หลักการกีดกันของ Pauli กล่าวว่าไม่มีอิเล็กตรอนสองตัวในอะตอมเดียวสามารถมีเลขควอนตัมทั้งสี่ตัวได้เหมือนกัน ออร์บิทัลของอะตอมอธิบายด้วยเลขควอนตัมสามตัว เหล่านี้คือเลขควอนตัมหลัก (n), โมเมนตัมเชิงมุม/เลขควอนตัมแอซิมุทัล (l) และเลขควอนตัมแม่เหล็ก (ml)จากสิ่งเหล่านี้ หมายเลขควอนตัมหลักจะกำหนดเชลล์ สามารถนำค่าจำนวนเต็มใดๆ ก็ได้ ซึ่งคล้ายกับคาบของอะตอมที่เกี่ยวข้องในตารางธาตุ ตัวเลขควอนตัมโมเมนตัมเชิงมุมสามารถมีค่าได้ตั้งแต่ 0, 1, 2, 3 ถึง n-1 จำนวนเชลล์ย่อยขึ้นอยู่กับจำนวนควอนตัมนี้ และ l กำหนดรูปร่างของวงโคจร ตัวอย่างเช่น ถ้า l=o แล้ว orbital คือ s และสำหรับ p orbital l=1 สำหรับ d orbital l=2 และสำหรับ f orbital l=3 หมายเลขควอนตัมแม่เหล็กกำหนดจำนวนออร์บิทัลของพลังงานที่เท่ากัน กล่าวอีกนัยหนึ่งเราเรียกออร์บิทัลที่เสื่อมทรามเหล่านี้ ml สามารถมีค่าได้ตั้งแต่ –l ถึง +l นอกเหนือจากตัวเลขควอนตัมทั้งสามนี้ ยังมีเลขควอนตัมอีกตัวหนึ่งที่กำหนดอิเล็กตรอน สิ่งนี้เรียกว่าหมายเลขควอนตัมสปินอิเล็กตรอน (ms) และมีค่า +1/2 และ -1/2 ดังนั้น เพื่อระบุสถานะของอิเล็กตรอนในอะตอม เราจำเป็นต้องระบุตัวเลขควอนตัมทั้งสี่ตัว อิเล็กตรอนอยู่ในวงโคจรของอะตอมและมีเพียงสองอิเล็กตรอนเท่านั้นที่สามารถอยู่ในวงโคจรได้ นอกจากนี้อิเล็กตรอนสองตัวนี้มีสปินที่ตรงกันข้ามดังนั้น สิ่งที่กล่าวไว้ในหลักการกีดกันของเปาลีจึงเป็นความจริง ตัวอย่างเช่น เราใช้อิเล็กตรอนสองตัวในระดับ 3p เลขควอนตัมหลักสำหรับอิเล็กตรอนทั้งสองคือ 3 l คือ 1 เนื่องจากอิเล็กตรอนอยู่ในวงโคจร p ml คือ -1, 0 และ +1 ดังนั้นจึงมีออร์บิทัลที่เสื่อมสภาพ 3 p ค่าทั้งหมดเหล่านี้เหมือนกันสำหรับอิเล็กตรอนทั้งสองที่เรากำลังพิจารณา แต่เนื่องจากอิเล็กตรอนทั้งสองอยู่ในวงโคจรเดียวกัน พวกมันจึงมีสปินที่ตรงข้ามกัน ดังนั้นจำนวนสปินควอนตัมจึงแตกต่างกัน (อันหนึ่งมี +1/2 และอีกอันมี -1/2)
กฎหลักร้อย
Hund rule สามารถอธิบายได้ดังนี้
“การจัดเรียงอิเล็กตรอนที่เสถียรที่สุดในเปลือกย่อย (ออร์บิทัลที่เสื่อมสภาพ) คืออิเล็กตรอนที่มีจำนวนการหมุนขนานกันมากที่สุด พวกมันมีหลายหลากสูงสุด”
ตามนี้ เปลือกย่อยแต่ละอันจะเติมอิเล็กตรอนในการหมุนขนานกันก่อนที่จะเติมอิเล็กตรอนอีกตัวเป็นสองเท่า เนื่องจากรูปแบบการเติมนี้ อิเล็กตรอนจึงถูกป้องกันจากนิวเคลียสน้อยลง จึงมีปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กตรอนและนิวเคลียสสูงที่สุด
หลักการกีดกัน Pauli กับ Hund Rule ต่างกันอย่างไร
• Pauli Exclusion Principle เป็นเรื่องเกี่ยวกับเลขควอนตัมของอะตอม กฎ Hund เกี่ยวกับการเติมอิเล็กตรอนในออร์บิทัลของอะตอม
• Pauli Exclusion Principle บอกว่ามีอิเล็กตรอนเพียง 2 ตัวต่อออร์บิทัล และกฎ Hund กล่าวว่าหลังจากเติมอิเล็กตรอนหนึ่งตัวในแต่ละออร์บิทัลแล้วการจับคู่อิเล็กตรอนจะเกิดขึ้น
• Pauli Exclusion Principle อธิบายว่าอิเล็กตรอนในออร์บิทัลเดียวกันมีสปินตรงข้ามกันอย่างไร สามารถใช้อธิบายกฎ Hund ได้
