Pauli Dışlama İlkesinin Tanımı

Pauli dışlama ilkesi, kuantum mekaniğinin temel ilkelerinden biridir. Bir atom veya bir molekül gibi kapalı bir kuantum sisteminde, hiçbir iki özdeş atom altı parçacığın aynı anda aynı konfigürasyona sahip olamayacağını veya tam olarak aynı kuantum durumunda olamayacağını belirtir . Atomaltı parçacıklar ya elektronları ya da atom çekirdeğini oluşturan parçacıkların herhangi birini ifade eder.

Bu ilke, 1925’te Avusturyalı teorik fizikçi Wolfgang Pauli tarafından atomik emisyon spektrumlarıyla ilgili bazı deneysel gözlemleri açıklamak için öne sürüldü. Özellikle, güçlü manyetik alanlara maruz kalan atomların emisyon spektrumlarında çoklu çizgilerin ( çoklu ) bir modelinin görünümünü açıklamayı mümkün kılar , bu gözlem anormal Zeeman etkisi olarak adlandırılır . O zamana kadar, mevcut kuantum atom modeli atomları yalnızca üç kuantum sayısı , yani temel kuantum sayısı (n), azimut (l) ve manyetik kuantum sayısı (m _l ) cinsinden tanımlıyordu, bu nedenle Pauli’nin gözlemi şu anlama geliyordu: dönüşe karşılık gelen dördüncü bir kuantum sayısının varlığı.

Başlangıçta bir atom içindeki elektronlar için kurulmuş olmasına rağmen, bu ilke toplu olarak fermiyonlar olarak adlandırılan daha geniş bir atom altı parçacık sınıfına kadar uzanır . Fermiyonlar, dönüşü ½’nin tek katı olan ve bu nedenle Pauli dışlama ilkesini karşılayan atom altı parçacıklardır . Elektronlara ek olarak, protonlar ve nötronlar da fermiyonlardır, dolayısıyla bu ilke onlar için de geçerlidir ve nükleer manyetik rezonans spektrumlarını açıklamaya yardımcı olur.

Kuantum kimyasında Pauli dışlama ilkesinin sonuçları

Pauli dışlama ilkesinin alternatif ifadesi

Kimyada, Pauli dışlama ilkesi, bu makalenin başında sunulandan biraz farklı bir şekilde ifade edilir. Aslında, genellikle sonuçlarından birine dayanarak belirtilir ve şöyle belirtilir:

Herhangi bir atomda, iki elektron aynı dört kuantum sayısına sahip olamaz.

Pauli dışlama ilkesini bu şekilde ifade etme öncekinden daha az geneldir, ancak özellikle bir atom içindeki elektronlara uygulandığında ilk ifadeye eşdeğerdir.

Bir yandan izole edilmiş bir atom, kapalı bir kuantum sistemidir. İki elektrondan bahsederken, aynı zamanda fermiyon olan iki özdeş atom altı parçacıktan bahsediyoruz, dolayısıyla dışlama ilkesini yerine getiriyorlar. Son olarak, kuantum mekaniğinde, kuantum sayıları her bir elektronun kuantum durumunu belirleyen şeydir. Bu nedenle, aynı anda aynı dört kuantum sayısına sahip olmak, tam olarak aynı kuantum durumunda olmakla eşdeğerdir ki bu aslında Pauli ilkesinin dışladığı veya yasakladığı şeydir.

Bir yörüngeye sadece spinleri antiparalel olan iki elektron sığabilir.

Pauli dışlama ilkesinin başka bir sonucu ve bazı durumlarda bunu ifade etmenin alternatif bir yolu olarak da kullanılır, aynı atomik yörüngede ikiden fazla elektron bulunamaz ve ayrıca bunların zıt olması gerekir. (+ veya – ½) .

_{Bir atomik orbital ilk üç kuantum sayısı olan n, l ve m l} ile tanımlandığından, bu ifade de önceki ifadeye eşdeğerdir (yine daha az geneldir) . İki elektron aynı yörüngedeyse, bu üç kuantum sayısını paylaşırlar. Bu iki elektron aynı dönüşe sahip olamayacağından (çünkü Pauli dışlama ilkesi tarafından yasaklanan aynı dört kuantum sayısına sahip olacaklardı) ve her elektron için yalnızca iki olası dönüş değeri olduğundan, o zaman sadece orada olabilirler. her yörüngede iki elektron vardır.

Pauli dışlama ilkesinin uygulanması

spektroskopide

Daha önce bahsedildiği gibi, güçlü manyetik alanlar altındaki atomik emisyon spektrumlarını açıklamak için Pauli dışlama ilkesi kullanılır. Ek olarak, hem atomik hem de moleküler absorpsiyon ve emisyon spektrumlarını ve nükleer manyetik rezonans spektrumlarını anlamaya yardımcı olur. Bu tekniklerin hem kimyada hem de tıpta ve diğer alanlarda birçok uygulaması vardır.

Kimyada

Bu prensibin kimyadaki en yaygın uygulamalarından biri, periyodik tablodaki atomların elektronik konfigürasyonunu oluşturmak için kullanılmasıdır. Pauli dışlama ilkesi sayesinde, bir yörüngeye yalnızca iki elektronun sığabileceğini biliyoruz. Bu, diğer kuantum sayıları için diğer seçim kurallarıyla birleştiğinde, her atomun her enerji düzeyinde ve her düzeydeki her yörüngede kaç elektrona sahip olduğunu belirlememizi sağlar.

Aşağıdaki tablo, her temel enerji seviyesine uyan elektron sayısının belirlenmesine izin vererek bu uygulamayı göstermektedir.

astronomide

Pauli dışlama ilkesi, beyaz cüce yıldızların yanı sıra ölmekte olan bir yıldızın çökmesinden kaynaklanan nötron yıldızlarının oluşumunu açıklamak için astronomide kullanılır. Birincisi (beyaz cüceler) onu oluşturan elektronların dejenerasyon basıncı sayesinde çökmeyi desteklerken, nötron yıldızları atom çekirdeğindeki nötronların dejenerasyon basıncı nedeniyle oluşur ve kendi kütle çekimlerinin çökmesine direnirler. Her iki durumda da, bu kuantum basıncı, dışlama ilkesi tarafından öngörülen iki fermiyonun (yıldızın türüne bağlı olarak elektronlar veya nötronlar) aynı kuantum durumunu işgal etmesinin imkansızlığı nedeniyle üretilir.

Referanslar

Chang, R. (2021). Kimya (11. ^baskı ). MCGRAW HILL EĞİTİMİ.

Encyclopedia Britannica’nın yayıncıları. (2018, 19 Ocak). Pauli dışlama ilkesi . Britanika Ansiklopedisi. https://www.britannica.com/science/Pauli-exclusion-principle

Serbest metinler. (2021, 19 Nisan). Pauli Dışlama İlkesi . Kimya LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Electronic_Structure_of_Atoms_and_Molecules/Electronic_Configurations/Pauli_Exclusion_Principle

Nave, R. (sonrası). Pauli Dışlama İlkesi . hiperfizik. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/pauli.html

Pauli dışlama ilkesi. Ansiklopedi makalesi. (2019, 1 Kasım). Encyclopedia.us.es. http://enciclopedia.us.es/index.php/Principio_de_exclusi%C3%B3n_de_Pauli

Waksman Minsky, N. ve Saucedo Yáñez, A. (2019). Nükleer Manyetik Rezonansın Kısa Tarihi: Keşiften Görüntülemede Uygulamaya. Kimya Eğitimi , 30 (2), 129. https://doi.org/10.22201/fq.18708404e.2019.2.68418