Правило 1: принцип запрета Паули

Правило 1 — это принцип запрета Паули. Он утверждает, что ни у каких двух электронов в атоме (или молекуле) не могут совпадать все четыре квантовых числа. Существуют четыре квантовых числа: n, l, m и s. Для водорода мы использовали первые три, но теперь становится важным и s. Число s может принимать лишь два значения: s = +? или ??. Поэтому на конкретной орбитали, заданной квантовыми числами n, l, m, может располагаться не более двух электронов. Один из этих электронов будет иметь s=+?, а другой — s=??. Например, 1s-орбиталь имеет n=1, l=0, m=0 и s = +? или ??. Таким образом, 1s-орбиталь могут занимать два электрона: один со спином +? и один со спином ??.

Для 2p-орбиталей n=2, l=1, m=1, 0, ?1 и s = +? или ??. Орбитали p_x, p_y и p_z (см. рис. 10.7) могут содержать по два электрона каждая: один с s=+?, а другой обязательно с s=??. Таким образом, всего может быть шесть 2p-электронов — по два на каждой из трёх орбиталей. 3d-орбитали имеют квантовые числа n=3, l=2, m = 2, 1, 0, ?1, ?2 и s = +? или ??. Существует пять 3d-орбиталей, и на каждой могут размещаться два электрона (s = +? или ??) — всего 10 d-электронов по два на пяти орбиталях. Наконец, существует семь 4f-орбиталей с квантовыми числами n=4, l=3, m = 3, 2, 1, 0, ?1, ?2, ?3 и s = +? или ??. Следовательно, всего может быть 14 f-электронов, по два на каждой из семи орбиталей.

Когда два электрона находятся на одной орбитали, их спины называют спаренными. Электрон на орбитали (энергетическом уровне) изображается стрелкой (см. рис. 11.2). Спиновое квантовое число s=+? изображается стрелкой, направленной вверх. Спиновое квантовое число s=?? изображается стрелкой, направленной вниз. На любой отдельно взятой орбитали может быть не более одной стрелки вверх и одной стрелки вниз.

Рис. 11.2.Слева: электрон изображён стрелкой на орбитали. Справа: два электрона на одной орбитали. Чтобы удовлетворять принципу запрета Паули, их квантовые числа s должны иметь значения +? и ??, представленные стрелками, направленными вверх и вниз. О таких спинах говорят, что они спаренные