Müthiş bir soru ve bu sorunun müthiş bir cevabı var: Pauli Dışlama İlkesi
Aynı adrese sahip iki ev gördünüz mü? İlla ki, adreslerde farklılık olucaktır: il, ilçe, mahalle, site adı, blok adı, kapı numarası vb. Elektronlar da böyle bir adrese sahip. Ancak elektronların adresini 4 farklı kuantum numarası ile tanımlıyoruz. Aynı atomda bu kuantum numaralarının hepsi aynı olamaz. Örneğin 3 kuantum numarası aynı ise 4. kuantum numarası farklı olmak zorunda.
Kuantum numaraları , , , ile ifade edilir. Bunlarının hepsinin ne olduğunu açıklayalım.
İlki, yani elektronun olduğu kabuğun numarasıdır. Peki kabuk nedir?
Kabuk
Kabuk atomun etrafında elektronun bulunduğu yörünge olarak ifade edilebilir. Kabuğun numarası n = 1,2,3,4 ... veya K, L, M, N, O, P, Q olarak gösterilir. Her kabukta belirli bir elektron bulunur ve her kabuğun belirli bir enerjisi vardır. Atomdan uzaklaştıkça kabuğun enerjisi artar. Kabuğun enerjisi arttığı için elektronun da enerjisi artar. Elektron çekirdeğe yakınlaştıkça çekirdeğin çekim kuvveti arttığı için elektronun enerjisi azalır.
İkincisi, yani elektronun olduğu alt kabuğun numarasıdır. Peki alt kabuk nedir?
Alt kabuk
Alt kabuk terimini açıklamamıştan önce orbital terimini anlamak gerek. Orbital elektronların çekirdek etrafında bulunma olasılığı açısından olasılığın en yüksek olduğu bölgelerdir. Her orbitalda en fazla 2 elektron olabilir. Şimdi alt kabuğa geri dönelim. Alt kabuk, kabuğun altında yer alan bölgelerdir. Alt kabukların farklı isimleri var:
• s alt kabuğu: Bu alt kabuğun 1 orbitali var. Her orbitalda en fazla 2 elektron olduğu için s alt kabuğunda en fazla 2 elektron olabilir.
• p alt kabuğu: Bu alt kabuğun 3 orbitali var. Her orbitalda en fazla 2 elektron olduğu için p alt kabuğunda en fazla 6 elektron olabilir.
• d alt kabuğu: Bu alt kabuğun 5 orbitali var. Her orbitalda en fazla 2 elektron olduğu için d alt kabuğunda en fazla 10 elektron olabilir.
• f alt kabuğu: Bu alt kabuğun 7 orbitali var. Her orbitalda en fazla 2 elektron olduğu için f alt kabuğunda en fazla 14 elektron olabilir.
Burada gösterilen alt kabuklardan daha fazla alt kabuk var. Ancak bu cevap için bu kadarının yeterli olduğunu düşünüyorum. Alt kabuklar elektron adreslerinde numara ile gösterilir: Örneğin s alt kabuğunun numarası 0, p alt kabuğunun 1, d alt kabuğunun 2, f alt kabuğunun numarası ise 3. Dikkat edilmesi gereken bir konu var: 1. kabukta sadece s alt kabuğu bulunur. 2. kabukta s ve p alt kabuğu bulunur. 3. kabukta s, p ve d alt kabuğu bulunur. 4 kabukta s, p, d ve f alt kabuğu bulunur. Bunun için 1 değerini alırken 1 değerini alamaz. Çünkü 1. kabukta p alt kabuğu yok. Başka bir örnek vermek gerekirse, 2 değerini alırken 2 değerini alamaz. Çünkü 2. kabukta s ve p alt kabuğu var, d alt kabuğu yok. Buradan bir sonuç çıkarabiliriz: en fazla değerini alabilir.
Üçüncüsü, yani ml manyetik kuantum sayısıdır. Peki manyetik kuantum sayısı nedir?
Manyetik kuantum numarası
Manyetik kuantum numarası her bir alt kabuktaki orbitallere karşılık geliyor. Manyetik kuantum numarası kabuğun numarasına bağlı olarak değerler alabilir. Örnek verelim: Kabuğun numarası 3 olursa, en fazla yani 2 değerini alabilir. Bu durumda manyetik kuantum numarası -2 ve +2 arasında tam sayılar olacak şekilde değer alabilir.
Sonuç: Manyetik kuantum numarası - ve + arasında değer alır.
Sonuncusu, yani spin kuantum sayısıdır. Peki spin kuantum sayısı nedir?
Spin kuantum sayısı
Bu terimi anlamak için spin kavramından ziyade aşağı spin ve yukarı spin kavramını anlamak gerek. Eğer parçacıkları döndükleri eksen üzerinden ölçersek bu durumda ölçümün 2 sonucu olur: Ya parçacık ölçümün yapıldığı yönle örtüşecek (buna yukarı spin denir) ya da parçacık ölçümün yapıldığı yönün tersine olucak (buna aşağı spin denir). Elektronun spini 1/2 olduğu için yukarı spin +1/2, aşağı spin -1/2 olarak ifade edilir.
Örnek üzerinden daha iyi anlayacağınızı düşünüyorum. Örnek verelim:
= 3
= 1
= 0
= - 1/2
Bu adresden elektronun 3. kabukta olduğunu biliyoruz. Bu adresdeki l, yani alt kabuk 1 değerini almış, yani p orbitali. Manyetik kuantum numarası -1 ve +1 arasında bir değer, yani 0 değerini almış. Adresdeki ise -1/2 değerini almış, yani elektron aşağı spine sahip.
Başka bir örnek verelim ve bu adresleri kıyaslayalım:
= 3
= 1
= 0
= + 1/2
Bu elektronlar aynı atomda bulunabilir. Neden? Çünkü 3 kuantum numarası aynı olsa da, 4. kuantum numarası farklı ( değeri +1/2 değerini almış, yani elektron yukarı spine sahip) ve bu farklı kuantum numarası elektronların farklı olduğunu gösterir.
Kapsamlı cevap vermeye çalıştım. Umarım anlaşılır.
Kaynaklar
- Elektron. Pauli Dışlama Ilkesi. (4 Nisan 2023). Alındığı Tarih: 4 Nisan 2023. Alındığı Yer: Evrim Ağacı S&C Platformu | Arşiv Bağlantısı
