Zakaz Pauliego, czyli elektrony idą na koncert

1. Zakaz Pauliego

Poznaliśmy już regułę Hunda, a teraz czas na drugą ,,regułę”, która co prawda jest troszkę trudniejsza do uzasadnienia[1], ale za to łatwa do stworzenia ciekawego, życiowego porównania.

Żeby Cię zaciekawić, powiem, że szkolna wersja zakazu Pauliego nie do końca jest dokładna. Przypomnijmy :

Elektrony, które znajdują się na jednym orbitalu muszą mieć sparowane spiny.

Chodzi tutaj o to, że elektrony, które umieszczamy na jednej kratce muszą być odwrócone (chodzi o kierunek strzałek). Czyli inaczej mówiąc – magnetyczne liczby spinowe dla tych elektronów muszą być różne. Ale to troszkę nie do końca dobra definicja (chociaż nie jest zła).

Zakaz Pauliego – definicja szkolna. Zaraz to wszystko zweryfikujemy.

2. Nie możesz siedzieć komuś na kolanach na koncercie

Myślę, że wizja tego, że idziesz na koncert w dobie pandemii będzie na tyle ciekawa, że pochłoniesz ten zakaz Pauliego bez najmniejszego problemu. Pójdziemy sobie na koncert na stadionie narodowym, a co, kto nam zabroni.

Idąc na stadion musimy wiedzieć, gdzie będziemy siedzieć, a te informacje odczytujemy z biletu. No więc tam mamy napisane, że :

➦ Siedzimy w trybunie drugiej…

➦ w sektorze C

➦ w szóstym rzędzie

➦ i na siedzeniu numer dwa.

I to co tutaj mamy to liczby kwantowe : główna, poboczna, magnetyczna i spinowa. Czyli zestaw czterech liczb kwantowych dokładnie precyzuje, o którym elektronie (miejscu) mówimy! To jest bardzo fajna analogia, bo ona jednocześnie pomaga nam ogarnąć właśnie liczby kwantowe, do czego one mniej więcej służą.

I teraz proste pytanie – czy może być sytuacja, w której okazało się, że będziesz musiał siedzieć komuś na kolanach, bo trafiło Wam się to samo miejsce?

Oczywiście nie! To jest właśnie definicja zakazu Pauliego. Czyli nie może być dwóch takich samych miejsc na stadionie, opisanych przez tą samą trybunę, sektor, rząd i numer siedzenia! Zatem nie może być dwóch elektronów, które są opisane przez ten sam zestaw czterech liczb kwantowych.

Więc nieco bardziej profesjonalna definicja zakazu Pauliego jest następująca :

Żadne dwa elektrony w atomie nie mogą mieć takich samych czterech liczb kwantowych

3. Czemu na orbitalu mogą być tylko dwa elektrony?

Przy okazji – nie zastanawiałeś się może, dlaczego na jednym orbitalu (na jednej kratce) może się znajdować maksymalnie tylko dwa elektrony?

Bardzo prosta sprawa! Strzałki możemy zapisać tylko w górę lub w dół (bo spinowa liczba wynosi albo +½ albo − ½ ), więc jeśli w jednej kratce znajdą się trzy elektrony, to na pewno dwa z nich będą miały takie same spiny, ale też taki sam zestaw liczb kwantowych!

Całkiem fajny ten zakaz Pauliego, bo niespodziewanie tłumaczy też inne rzeczy.

[1] Ogólnie to co ja tutaj wypisuję to umówmy się, nie są perfekcyjne, super dokładne wytłumaczenia. Ale o tym wspominałem już na samym początku. Moim celem nie jest tu wytłumaczenie potwornie trudniej (nawet pod samym matematycznym kątem) chemii kwantowej, ale o pójście chociaż krok dalej (nawet jeśli będzie to za pomocą użycia mnemotechniki) od szkolnej przeciętności, w której te reguły po prostu są i po prostu trzeba się ich nauczyć.

2 thoughts on “Zakaz Pauliego, czyli elektrony idą na koncert

Leave a Reply

%d bloggers like this: