Принцип на изключване на Паули срещу правило на Хунд
След откриването на атомната структура имаше толкова много модели, които да опишат как електроните пребивават в атома. Шрьодингер излезе с идеята да има "орбитали" в атома. Принципът на изключване на Паули и правилото на Хунд също са предложени за описание на орбиталите и електроните в атомите.
Принцип на изключване на Паули
Принципът на изключване на Паули гласи, че два електрона в един атом не могат да имат еднакви и четирите квантови числа. Орбиталите на атома се описват с три квантови числа. Това са главно квантово число (n), ъглов импулс/азимутално квантово число (l) и магнитно квантово число (ml). От тях главното квантово число определя черупка. Може да приеме произволна цяло число. Това е подобно на периода на съответния атом в периодичната таблица. Квантовото число на ъгловия момент може да има стойности от 0, 1, 2, 3 до n-1. Броят на подчерупките зависи от това квантово число. И l определя формата на орбиталата. Например, ако l=o, тогава орбиталата е s, а за p орбитала, l=1, за d орбитала l=2 и за f орбитала l=3. Магнитното квантово число определя броя на орбиталите с еквивалентна енергия. С други думи, наричаме тези изродени орбитали. ml може да има стойности от –l до +l. Освен тези три квантови числа има друго квантово число, което определя електроните. Това е известно като квантово число на въртене на електрони (ms) и има стойности +1/2 и -1/2. И така, за да определим състоянието на електрона в атома, трябва да посочим всичките четири квантови числа. Електроните се намират в атомни орбитали и само два електрона могат да живеят в една орбитала. Освен това тези два електрона имат противоположни спинове. Следователно казаното в принципа на изключване на Паули е вярно. Например, вземаме два електрона в ниво 3p. Основното квантово число и за двата електрона е 3. l е 1, тъй като електроните се намират в p орбитала. ml е -1, 0 и +1. Следователно има 3 p изродени орбитали. Всички тези стойности са еднакви и за двата електрона, които разглеждаме. Но тъй като двата електрона се намират в една и съща орбитала, те имат противоположни спинове. Следователно квантовото число на спина е различно (единият има +1/2, а другият има -1/2).
Правило на Хунд
Правилото на Хунд може да се опише по следния начин.
“Най-стабилното подреждане на електрони в подобвивките (дегенерирани орбитали) е това с най-голям брой успоредни спинове. Те имат максимална кратност.”
Съгласно това всяка подобвивка ще се запълни с електрон при паралелно въртене, преди да се запълни двойно с друг електрон. Поради този модел на запълване, електроните са по-малко екранирани от ядрото; следователно те имат най-високи електронно-ядрени взаимодействия.
Каква е разликата между принципа на изключване на Паули и правилото на Хунд?
• Принципът на изключване на Паули е за квантовите числа на атома. Правилото на Хунд е за това как електроните се запълват в орбиталите на атома.
• Принципът на изключване на Паули гласи, че има само два електрона на орбитала. И правилото на Хунд казва, че само след запълване на един електрон във всяка орбитала, ще се случи сдвояване на електрони.
• Принципът на изключване на Паули описва как електроните в едни и същи орбитали имат противоположни спинове. Това може да се използва за обяснение на правилото на Хунд.
