Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 17)

Quy tắc Hund

Năm 1927, nhà vật lí Đức Friedrich Hund đã phát triển một bộ quy tắc giúp thiết lập trật tự cho tình trạng lộn xộn cấu hình electron. Ông thiết lập ba quy tắc xác định cấu hình nào của nguyên tử gồm vài electron là có trạng thái năng lượng cơ bản thấp nhất, và do đó được ưu tiên.

Bộ quy tắc bao gồm việc cộng spin (s) và moment động lượng quỹ đạo (l) của từng electron để cho tổng tương ứng kí hiệu là S và L. Sau đó cộng hai số này lại ta được “số lượng tử moment quỹ đạo toàn phần” (J). Các quy tắc được trình bày ở phần dưới, nhưng hàm ý của chúng mới là quan trọng nhất: các quy tắc Hund ngụ ý rằng các tất cả electron ở những vị trí bị chiếm giữ đơn độc phải quay theo cùng một chiều, và đồng thời tất cả những vị trí còn trống phải được lấp đầy trước khi các electron có thể bắt đầu ghép cặp.

Vấn đề này quan trọng bởi vì cấu hình electron ở lớp vỏ ngoài cùng quyết định tính chất hoá học của nguyên tử, vì thế trật tự mà chúng chiếm giữ các vị trí là thiết yếu trong việc xác định mỗi nguyên tử tương tác như thế nào với nguyên tử và phân tử khác.

Quy tắc Hund:

Đối với mỗi cấu hình electron cho trước, số hạng năng lượng thấp nhất có giá trị S lớn nhất.

Đối với mỗi giá trị S cho trước, số hạng năng lượng thấp nhất có giá trị L lớn nhất.

Nếu lớp vỏ con ngoài cùng của nguyên tử mới được lấp đầy một nửa hoặc ít hơn, thì năng lượng thấp nhất ứng với giá trị nhỏ nhất của J (L + S), còn nếu nó được lấp đầy hơn một nửa thì năng lượng thấp nhất ứng với giá trị lớn nhất của J.

Nguyên lí loại trừ Pauli

Trong khi các quy tắc Hund mô tả cấu hình electron, nhưng chúng chẳng lí giải vì sao xuất hiện những cấu hình này. Lời giải thích đó nằm ở nguyên lí loại trừ nổi tiếng do nhà vật lí lỗi lạc người Áo Wolfgang Pauli khám phá vào năm 1925.

Pauli nhận thấy số lượng electron trong mỗi lớp vỏ electron bị chiếm đầy – hai ở lớp vỏ K, sáu ở lớp vỏ L, mười ở lớp vỏ M, và vân vân – giống hệt với số cách sắp xếp khả dĩ cho các số lượng tử giữa các electron thuộc lớp vỏ đó. Ông kết luận rằng tự nhiên không cho phép hai electron với số lượng tử y hệt nhau chiếm cùng một lớp vỏ; mọi nỗ lực làm như thế đều bị loại trừ (buộc chuyển sang một lớp vỏ khác với mức năng lượng cao hơn). Như vậy, cấu trúc của các lớp vỏ electron tránh bị suy sụp. Về sau người ta thấy nguyên lí loại trừ Pauli không chỉ áp dụng cho electron, mà cả cho neutron và proton, cùng với một số hệ quả thật hấp dẫn.

Phân bố electron ở một số nguyên tố đơn giản

Nguyên lí loại trừ Pauli

Vật lí Lượng tử Tốc hành | Gemma Lavender
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 92)
05/07/2020
Hiệu ứng Doppler 1842 Christian Andreas Doppler (1803–1853), Christophorus Henricus Diedericus Buys Ballot (1817–1890) “Khi viên sĩ quan cảnh
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 91)
05/07/2020
Quang học sợi 1841 Jean-Daniel Colladon (1802–1893), Charles Kuen Kao (sinh 1933), George Alfred Hockham (sinh 1938)   Khoa học về sợi
Thời gian có thật sự trôi không?
28/06/2020
Các định luật vật lí hàm ý rằng sự trôi qua của thời gian là một ảo giác. Để né tránh kết luận này, chúng ta phải suy
Chuyện kể của một hạt muon
19/06/2020
Khám phá muon từng khiến các nhà vật lí bối rối. Ngày nay, các thí nghiệm quốc tế sử dụng hạt vốn từng khó hiểu này để
Vì sao lực hấp dẫn khác với những lực còn lại?
17/06/2020
Chúng tôi hỏi bốn nhà vật lí tại sao lực hấp dẫn lạc lõng trong số các lực của tự nhiên. Và chúng tôi nhận được bốn
Cấp độ trong vật lí học
13/06/2020
Không giống triết học, logic học, hay toán học thuần túy, vật lí là một khoa học vừa mang tính kinh nghiệm vừa mang tính định
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần cuối)
13/06/2020
TRIẾT HỌC VÀ KHOA HỌC THẦN KINH Cuộc tranh luận giữa Nguyên lý Copernican và Nguyên lý Nhân loại cũng tạo ra tiếng vang trong khoa
Các nghịch lí Zeno
09/06/2020
ACHILLES VÀ CON RÙA “Mọi chuyển động đều là ảo giác.” Xếp thứ nhất trong chín nghịch lí của chúng ta có từ hai thiên

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com