מודל אטום מימן של בוהר

עיקרון האיסור של פאולי

לאלקטרונים הנעים סביב גרעין האטום יש ערך ספין כלשהו. ערך הספין מגדיר עבור האלקטרון מצב קוונטי בו הוא נמצא. לפי מגבלה פיזיקאלית החלה על האלקטרונים אין יכולים שני אלקטרונים (או יותר) להיות באותו מצב קוונטי. מגבלה זו נקראת עיקרון האיסור של פאולי.

עיקרון האיסור של פאולי, הנקרא על שמו של הפיזיקאי וולפגאנג פאולי, בא לידי ביטוי במערכת הקוונטית המייצגת את המודל הקוונטי של מבנה האטום. במודל הקוונטי של מבנה האטום נעים האלקטרונים במסלולים היקפיים סביב הגרעין. רדיוס התנועה המעגלית של האלקטרון סביב הגרעין קובע את רמת האנרגיה הקוונטית של האלקטרון.

על האלקטרון חל עיקרון האיסור של פאולי. כלומר, לפי המודל הקוונטי של מבנה האטום לא יכול להימצא באותו מצב קוונטי יותר מאלקטרון אחד. במודל הקוונטי של מבנה האטום נבדל מצב קוונטי אחד של האלקטרון ממצב קוונטי אחר לפי מספר מאפיינים. הטבלה הבאה מתארת את המאפיינים המבדילים בין המצבים הקוונטים:

מצב קוונטי	מספר קוונטי ראשי n	מספר קוונטי משני l	המספר הקוונטי של המגנטיות ml	המספר הקוונטי של ספין ms	מספר מרבי של אלקטרונים במצב קוונטי	מספר מרבי של אלקטרונים באותה קליפה
1s	1	0	0	+½, -½	2	1
2s	2	0	0	+½, -½	2	8
2p	2	1	-1, 0, +1	+½, -½	6
3s	3	0	0	+½, -½	2	18
3p	3	1	-1, 0, +1	+½, -½	6
3d	3	2	-2, -1, 0, +1, +2	+½, -½	10

האלקטרונים שבאטום יתפסו את מקומותיהם החל מהמקום בעל האנרגיה הנמוכה ביותר (הקליפה הכי קרובה לגרעין, המסומנת במספר קוונטי ראשי n שווה ל- 1 והלאה. לפי עיקרון זה, של מילוי המקומות לפי רמת האנרגיה, נקבל שיתכן מעבר לקליפה הבאה לפני שכל המקומות בקליפה הנוכחית התמלאו. את סדר מילוי המקומות ניתן לתאר באופן השיטתי הבא המתקיים יפה למעט מקרים יוצאי-דופן מעטים,

סדר מילוי הקליפות באלקטרונים

החצים מראים היכן מתבצעת קפיצה בסדר מילוי המצבים הקוונטים מקליפה n לקליפה n+1. למשל, נבחן כעת את סדר מיקום האלקטרונים לפי שיטה זו. שני אלקטרונים ראשונים ימוקמו בקליפה n=1 במצב קוונטי 1s. שני האלקטרונים הבאים ימוקמו בקליפה הבאה n=2 במצב קוונטי 2s. ששת האלקטרונים הבאים ימוקמו גם הם הקליפה השנייה, אך במצב קוונטי 2p. בקליפה השלישית של n=3 ימוקמו קודם שני אלקטרונים במצב קוונטי 3s ועוד שישה אלקטרונים במצב קוונטי 3p. אחרי מילוי המקומות במצב קוונטי 3p במקום להמשיך למצב קוונטי 3d הנמצא באותה קליפה תתבצע קפיצה למצב קוונטי 4s הנמצא בקליפה הבאה n=4 ובו ימוקמו שני האלקטרונים הבאים. רק לאחר מילוי המקומות במצב קוונטי 4s נחזור לקליפה השלישית n=3 ונמקם את עשרת האלקטרונים הבאים במצב קוונטי 3d.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - קרינה וחומר | קרינה וחומר - מודל אטום המימן של בוהר : קוונטיזציה במבנה האטום | רמות האנרגיה באטום | ספקטרום פליטה וספקטרום בליעה | הצלחת מודל האטום של בוהר | ניסוי פרנק-הרץ | ספין | עיקרון האיסור של פאולי | סיכום ]