§3.7 Паули принципі. Электрондық қабаттар

Алғашқы тақырыптарда айтылғандай атом ішіндегі электронның күйін сипаттау үшін n,l,m_l және m_S кванттық сандарын қолданамыз. Мұндағы бас кванттық сан (n) орбита санын және энерия деңгейлерін анықтайды. Ал орбиталдық кванттық сан немесе қосымша кванттық сан (l) электронның орбиталдық импульс моментін және орбита формасын сипаттайды. Магниттік кванттық сан (m_l) болса, орбиталдық импульс моментінің магнит өрісі бағытына түсірілген проекциясын сипаттайды, ал спиндік магниттік кванттық сан (m_S) электронның меншікті импульс моментінің (P_S,_H) өріс бағытына түсірілген проекциясын анықтайды.

Паулидің зерттеуі бойынша бір атомның ішінде осы барлық кванттық сандары бірдей болып келетін электрондар кездеспейтіндігі анықталды. Олай болса бір атомның ішінде екі электрон бір мезгілде бірдей күйде бола алмайды (Паули принципі).

Егер электрондардың n, l, m_l кванттық сандары бірдей болса, Паулидің принципі бойынша олардың спиндік магниттік кванттық саны бірдей болмауы тиіс, ал бұл кванттық санның мәні екі түрлі яғни бір орбита бойына орналасқан екі электрон өз осінен (ауырлық центрінен) айналғанда, олар қарама-қарсы бағытта айналады. Демек атомның ішінде n, l, m_l кванттық сандары бірдей екі электрон бола алады немес n, l, m_l кванттық сандарының әрбір мәндеріне m_s кванттық санының екі түрлі мәні сәйкес келеді. Енді электрондардың n, l кванттық сандары бірдей болсын, онда мұндай электрондардың барлық m_l-магниттік кванттық сандары бірдей болмайды. Яғни, l кванттық санның берілген бір мәніне сәйкес келетін m_l магниттік кванттық санның N=2l+1 мәні болады. Сонда атомның ішінде n және l кванттық сандары бірдей N=2(2l+1) электрон бола алады. Енді атомның ішінде бас кванттық саны (n) бірдей қанша электрон болуы мүмкіндігін қарастырайық. Бас кванттық санның берілген бір мәніне сай l кванттық санның мәндері 0,1,2....(n-1) болады. Сондықтан бас кванттық сандары бірдей электрондардың ең көп мүмкін саны (N_n) мынадай болады:

(3.7.1)

m_l=0;±1,±2

l=0;1;2;3...n-1

n=2;8;10;14

Бас кванттық саны бірдей электрондар тобы электрондық қабаттар түзеді. Олар K, L, M, N, О, P, Q… әріптерімен белгіленеді, сонда бас кванттық саны n=1 электрондар К қабатына. Бас кванттық саны n=2 электрондар L қабатына. бас кванттық саны n=3 электрондар М қабатына. бас кванттық саны n=4 электрондар N қабатына. Бас кванттық саны n=5 электрондар О қабатына. Бас кванттық саны n=6 электрондар P қабатына орналасады. Сонда К қабатына ең көбі екі электрон: L қабатына ең көбі 8 электрон, М қабатына 18 электрон; Nқабатына 32 электрон; 0 қабатына 50 электрондар орналасады. Сонымен әрбір электрондық қабатта қосымша кванттық саны бірдей электрондар электрондық қабық түзеді. Қосымша кванттық саны l=0,1,2,3,4 болса, онда олар s,p,d,f,g қабықтар түзеді, сонда s-қабықта ең көбі екі; р-қабықта ең көбі алты электрон; d-қабықта ең көбі он электрон; -қабықта ең көбі онтөрт электрон; g-қабықта ең көбі он сегіз электрон орналаса алатындығы төменгі кестеде көрсетілген (1-кесте).

Паули принципіне

1-кесте