पाउली अपवर्जन सिद्धांत की परिभाषा

पाउली अपवर्जन सिद्धांत क्वांटम यांत्रिकी के मूलभूत सिद्धांतों में से एक है। इसमें कहा गया है कि, एक बंद क्वांटम प्रणाली जैसे परमाणु या अणु में, कोई भी दो समान उप-परमाणु कणों का एक साथ समान विन्यास नहीं हो सकता है, या बिल्कुल एक ही क्वांटम स्थिति में नहीं हो सकता है । उपपरमाण्विक कण या तो इलेक्ट्रॉनों को या परमाणु नाभिक को बनाने वाले किसी भी कण को ​​​​संदर्भित करते हैं।

यह सिद्धांत 1925 में ऑस्ट्रियाई सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी वोल्फगैंग पाउली द्वारा परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रा से संबंधित कुछ प्रायोगिक टिप्पणियों की व्याख्या करने के लिए पोस्ट किया गया था। विशेष रूप से, यह मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों के अधीन परमाणुओं के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा में कई लाइनों ( मल्टीप्लेट ) के पैटर्न की उपस्थिति की व्याख्या करना संभव बनाता है , एक अवलोकन जिसे विषम Zeeman प्रभाव कहा जाता है । उस समय तक, वर्तमान क्वांटम परमाणु मॉडल ने परमाणुओं को केवल तीन क्वांटम संख्याओं के संदर्भ में परिभाषित किया था, अर्थात् प्रमुख क्वांटम संख्या (n), अज़ीमुथल (l) और चुंबकीय क्वांटम संख्या (m _l ), इसलिए पाउली के अवलोकन ने निहित किया स्पिन के अनुरूप चौथी क्वांटम संख्या का अस्तित्व.

यद्यपि मूल रूप से एक परमाणु के भीतर इलेक्ट्रॉनों के लिए स्थापित किया गया था, यह सिद्धांत उप-परमाणु कणों के एक व्यापक वर्ग तक फैला हुआ है जिसे सामूहिक रूप से फर्मन कहा जाता है । फ़र्मियन वे उप-परमाण्विक कण होते हैं जिनका चक्रण ½ का एक विषम गुणक होता है और इसलिए जो पाउली अपवर्जन सिद्धांत को संतुष्ट करते हैं । इलेक्ट्रॉनों के अलावा, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन भी फ़र्मियन हैं, इसलिए यह सिद्धांत उन पर भी लागू होता है, और परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रा को समझाने में मदद करता है।

क्वांटम रसायन विज्ञान में पाउली अपवर्जन सिद्धांत के परिणाम

पाउली अपवर्जन सिद्धांत का वैकल्पिक कथन

रसायन विज्ञान में, पाउली बहिष्करण सिद्धांत इस लेख की शुरुआत में प्रस्तुत किए गए तरीके से थोड़े अलग तरीके से व्यक्त किया गया है। वास्तव में, यह आमतौर पर इसके परिणामों में से एक के आधार पर कहा जाता है:

किसी भी परमाणु में किन्हीं भी दो इलेक्ट्रॉनों की चार क्वांटम संख्याएँ समान नहीं हो सकती हैं।

पाउली बहिष्करण सिद्धांत को बताने का यह तरीका पिछले वाले की तुलना में कम सामान्य है, लेकिन यह विशेष रूप से एक परमाणु के भीतर इलेक्ट्रॉनों पर लागू होने वाले पहले कथन के बराबर है।

एक ओर, एक पृथक परमाणु एक बंद क्वांटम प्रणाली है। जब दो इलेक्ट्रॉनों के बारे में बात करते हैं, तो हम दो समान उप-परमाणु कणों के बारे में बात कर रहे हैं जो कि फ़र्मियन भी हैं, इसलिए वे बहिष्करण सिद्धांत को पूरा करते हैं। अंत में, क्वांटम यांत्रिकी में, क्वांटम संख्याएँ वे हैं जो प्रत्येक इलेक्ट्रॉन की क्वांटम स्थिति निर्धारित करती हैं। इस प्रकार, एक साथ समान चार क्वांटम संख्याएँ होना ठीक उसी क्वांटम स्थिति में होने के बराबर है, जो वास्तव में, पाउली सिद्धांत को बाहर या प्रतिबंधित करता है।

प्रतिसमांतर स्पिन वाले केवल दो इलेक्ट्रॉन एक कक्षीय में फिट हो सकते हैं।

पाउली अपवर्जन सिद्धांत का एक अन्य परिणाम और जो, कुछ मामलों में, इसे बताने के वैकल्पिक तरीके के रूप में भी उपयोग किया जाता है, वह यह है कि एक ही परमाणु कक्षीय में दो से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते हैं, और इसके अतिरिक्त, इनमें विपरीत होना चाहिए। घूमता है। (+ या – ½) ।

यह कथन पिछले कथन की तुलना में समतुल्य (हालांकि, फिर से, कम सामान्य) है, क्योंकि एक परमाणु कक्षीय को पहले तीन क्वांटम संख्याओं, n, l और m _l द्वारा परिभाषित किया गया है । यदि दो इलेक्ट्रॉन एक ही कक्षा में हैं, तो वे इन तीन क्वांटम संख्याओं को साझा करते हैं। चूँकि इन दो इलेक्ट्रॉनों में एक ही स्पिन नहीं हो सकता है (क्योंकि उनके पास समान चार क्वांटम संख्याएँ होंगी, जो कि पाउली अपवर्जन सिद्धांत द्वारा निषिद्ध है), और चूँकि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन के लिए केवल दो संभावित स्पिन मान हैं, तो वे केवल वहाँ प्रत्येक कक्षीय में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं।

पाउली अपवर्जन सिद्धांत का अनुप्रयोग

स्पेक्ट्रोस्कोपी में

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों के तहत परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रा की व्याख्या करने के लिए पाउली अपवर्जन सिद्धांत का उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, यह अवशोषण और उत्सर्जन स्पेक्ट्रा, परमाणु और आणविक दोनों, और परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रा को समझने में भी मदद करता है। इन तकनीकों के रसायन और चिकित्सा और अन्य क्षेत्रों दोनों में कई अनुप्रयोग हैं।

रसायन विज्ञान में

रसायन विज्ञान में इस सिद्धांत के सबसे आम अनुप्रयोगों में से एक यह है कि इसका उपयोग आवर्त सारणी में परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के निर्माण के लिए किया जाता है। पाउली अपवर्जन सिद्धांत के लिए धन्यवाद, हम जानते हैं कि केवल दो इलेक्ट्रॉन एक कक्षीय में फिट हो सकते हैं। यह, अन्य क्वांटम संख्याओं के लिए अन्य चयन नियमों के साथ मिलकर, हमें यह निर्धारित करने की अनुमति देता है कि प्रत्येक परमाणु में प्रत्येक ऊर्जा स्तर में और प्रत्येक कक्षीय में प्रत्येक स्तर में कितने इलेक्ट्रॉन हैं।

निम्न तालिका प्रत्येक प्रमुख ऊर्जा स्तर में फिट होने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या के निर्धारण की अनुमति देकर इस एप्लिकेशन को दर्शाती है।

खगोल विज्ञान में

पाउली बहिष्करण सिद्धांत का उपयोग खगोल विज्ञान में सफेद बौने सितारों के गठन के साथ-साथ न्यूट्रॉन सितारों के गठन की व्याख्या करने के लिए किया जाता है जो मरने वाले सितारे के पतन से उत्पन्न होते हैं। पहले (श्वेत बौने) इलेक्ट्रॉनों के अध: पतन के दबाव के कारण पतन का समर्थन करते हैं जो इसे बनाते हैं, जबकि न्यूट्रॉन तारे बनते हैं और नाभिक में न्यूट्रॉन के अध: पतन दबाव के कारण अपने स्वयं के गुरुत्वाकर्षण के पतन का विरोध करते हैं। दोनों ही मामलों में, यह क्वांटम दबाव बहिष्करण सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की गई असंभवता के कारण उत्पन्न होता है कि दो फ़र्मियन (या तो इलेक्ट्रॉन या न्यूट्रॉन, स्टार के प्रकार के आधार पर) एक ही क्वांटम स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं।

संदर्भ

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