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과학

파울리 배타 원리

파울리 배타 원리과학
영어
Pauli exclusion principle
대상
동일한 페르미온
원자의 전자
네 양자수 전체가 같을 수 없음
공간 오비탈 하나
최대 전자 2개, 반대 스핀 상태
파울리 배타 원리는 동일한 페르미온 두 개가 같은 한 입자 양자상태를 동시에 점유할 수 없다는 원리다. 원자에서는 두 전자의 네 양자수 n,l,m_l,m_s가 모두 같을 수 없다는 형태로 나타난다.

양자상태의 구별

전자 두 개가 같은 주양자수 n을 가지는 것은 가능하다. 다른 양자수가 달라 전체 상태가 다르면 된다. 원리는 전자들이 같은 에너지 값을 갖는 모든 상황을 금지하거나 공간의 같은 영역에 있을 확률을 없애는 말이 아니다.

오비탈의 수용 인원

같은 공간 오비탈을 공유하는 전자는 스핀 자기양자수 +1/2와 −1/2로 구별되어 두 개까지 들어갈 수 있다. 세 번째 전자는 같은 공간 오비탈에서 새로운 스핀 상태를 고를 수 없으므로 다른 상태를 점유해야 한다.

부껍질의 최대 수

각운동량 양자수 l인 부껍질에는 m_l 값이 2l+1개이고 각각 두 스핀 상태가 있다. 따라서 전자 최대 수는 2(2l+1)이다. s 부껍질은 2개, p는 6개, d는 10개다. 이 최대 수만으로 실제 원자의 채움 순서를 모두 결정할 수는 없다.

배치와 에너지

배타 원리는 가능한 전자 배치의 제약이다. 실제 바닥상태를 결정하려면 상태들의 에너지와 전자 사이 상호작용도 고려해야 한다. 이 원리만으로 모든 원자의 전자 배치를 기계적으로 나열하거나 화학 결합 전체를 설명할 수 있는 것은 아니다.

관련 문서

전자 / 양자역학 / 양자수 / 오비탈 / 전자 배치 / 원자 / 주기율표 / 에너지