Періодична система елементів Менделєєва і принцип Паулі

Одною з найважливіших задач, яка стояла перед квантовою теорією атома, було пояснення того факту, що при монотонному зростанні порядкового номера елемента Z хімічні і оптичні властивості елементів періодично повторюються. Крім того енергія основного стану атомів різних речовин виявилася суттєво різною. Пояснення вказаних фактів грунтується на загальному принципі, запропанованому В. Паулі (1900 – 1958) в 1925 р., згідно якого в любій фізичній системі не може бути двох електронів з однаковими квантовими числами або в любій фізичній системі не може бути більше одного електорна з заданими квантовими числами. Стан кожного електрона в атомі характеризується чотирма квантовими числами:

1. Головне квантове число – n із значеннями 1. 2, 3....

2. Орбітальне квантове число – l (всього значень n) із значеннями 0. 1, 2, 3...(n-1).

3. Магнітне квантове число – m (всього значень (2 l+1)) із значеннями 0, ±1, ±2...± l ().

4. Спінове квантове число – s із значенням ±1/2.

Наслідком принципа Паулі є кінцева кількість електронів в станах, які визначаються однаковими головними квантовими числами, що утворюють так звані електронні шари.

Визначемо число електронів в кожному шарі, з врахуванням принципа Паулі:

В загальному випадку, для даного значення головного квантового числа n кількість різних станів буде

N=2n² (3.25)

Об’єднуючи принцип Паулі з загальним принципом стремління системи до найменшої енергії, можна пояснити порядок заповнення електронами можливих станів в атомі, і відповідно пояснити хімічні властивості атомів.