화학 소개

용어

• fermion 완전히 비대칭 양자 상태를 가진 입자. 그들은 반정 수 스핀을 가지며 많은 기본 입자를 포함합니다.
• 전자 음전하를 갖고 핵을 공전하는 아 원자 입자; 전도체에서 전자의 흐름은 전기를 구성합니다.
• boson 완전히 대칭적인 양자 상태를 가진 입자. 그것들은 정수 스핀을 가지고 있으며 많은 기본 입자를 포함하며, 일부 (게이지 보손)는 근본적인 힘을 전달하는 것으로 알려져 있습니다.

오스트리아 물리학 자 볼프강 파울리가 1925 년에 공식화 한 파울리 배제 원리는 다음과 같습니다. 같은 종류의 페르미온 두 개가 동시에 같은 양자 상태를 차지할 수 없습니다. 좀 더 기술적으로 말하자면, 두 개의 동일한 페르미온에 대한 전체 파동 함수는 입자 교환과 관련하여 반대 칭이라고 말합니다. 예를 들어, 단일 원자에서 두 개의 전자는 동일한 4 개의 양자 수를 가질 수 없습니다. n, ℓ 및 mℓ가 같으면 전자가 반대 스핀을 갖도록 ms가 달라야합니다.

Pauli 배제 원리는 모든 페르미온 (반정 수 스핀을 가진 입자)의 거동을 제어합니다. boson (정수 스핀을 가진 입자)에는 적용되지 않습니다. 페르미온에는 쿼크 (양성자와 중성자의 구성 입자), 전자 및 중성미자와 같은 기본 입자가 포함됩니다. 또한 양성자와 중성자 (3 쿼크로 구성된 아 원자 입자)와 일부 원자는 페르미온이므로 파울리 배제 원리도 적용됩니다. 원자는 페르미온인지 보손인지를 결정하는 다른 전체 스핀을 가질 수 있습니다. 예를 들어, 헬륨 -3은 스핀이 1/2이므로 페르미온 인 반면, 스핀 0을 갖는 헬륨 -4는 보손이됩니다. 따라서 Pauli 배제 원리는 NMR 분광법에서의 가시성을 포함하여 원자의 화학적 거동에 이르기까지 대규모 안정성에서 원자의 화학적 거동에 이르기까지 일상적인 물질의 많은 속성을 뒷받침합니다.

반정 수 스핀은 페르미온의 고유 한 각운동량 값을 의미합니다. \ hbar = \ frac {h} {2 \ pi} (감소 된 플랑크 상수)에 반 정수 (1/2, 3/2, 5/2 등)를 곱합니다. 양자 역학 이론에서 페르미온은 비대칭 상태로 설명됩니다. 반대로 정수 스핀 (bosons)을 가진 입자는 대칭 파동 기능을 가지고 있습니다. 페르미온과 달리 보손은 동일한 양자 상태를 공유 할 수 있습니다. 보손에는 광자, 쿠퍼 쌍 (초전도를 담당하는), W 및 Z 보손이 포함됩니다. Fermions는 자신이 따르는 Fermi–Dirac 통계 분포에서 이름을, boson은 Bose–Einstein 분포에서 이름을 가져옵니다.

배제 원리 및 물리적 현상

Pauli 배제 원칙 다양한 물리적 현상을 설명합니다. 원리의 특히 중요한 결과 중 하나는 원자의 정교한 전자 껍질 구조와 원자가 전자를 공유하는 방식입니다. 다양한 화학 원소와 그 화학 조합을 설명합니다. 전기적으로 중성 인 원자는 핵의 양성자와 같은 수의 결합 전자를 포함합니다. 페르미온 인 전자는 동일한 양자 상태를 차지할 수 없으므로 전자는 원자 내에 “스택”해야합니다. 전자는 동일한 위치에있는 동안 다른 스핀을가집니다.

예를 들어 두 개의 결합 된 전자가있는 중성 헬륨 원자는 둘 다 차지할 수 있습니다. 반대 스핀을 획득하여 최저 에너지 (1s) 상태. 스핀은 전자의 양자 상태의 일부이므로 두 전자는 서로 다른 양자 상태에 있으며 Pauli 배제 원리를 위반하지 않습니다. 그러나 두 개의 고유 한 스핀 만 있습니다. 따라서이 속성은 세 개의 결합 전자를 가진 리튬 원자가 세 번째 전자 잔류 물을 가질 수 없음을 요구합니다. e는 1s 상태입니다. 대신 더 높은 에너지 2s 상태 중 하나를 차지해야합니다. 유사하게, 연속적으로 더 큰 요소는 연속적으로 더 높은 에너지의 껍질을 가져야합니다.원소의 화학적 특성은 가장 바깥 쪽 껍질에있는 전자의 수에 크게 의존하기 때문에, 껍질의 수가 다르지만 가장 바깥 쪽 껍질에있는 전자 수가 같은 원자는 여전히 유사하게 행동합니다. 이러한 이유로 요소는 기간이 아닌 그룹으로 정의됩니다.