Definisi Prinsip Pengecualian Pauli

Prinsip pengecualian Pauli adalah salah satu prinsip dasar mekanika kuantum. Ini menyatakan bahwa, dalam sistem kuantum tertutup seperti atom atau molekul, tidak ada dua partikel subatom yang identik yang dapat secara bersamaan memiliki konfigurasi yang sama, atau berada dalam keadaan kuantum yang persis sama . Partikel subatomik mengacu pada elektron atau salah satu partikel yang membentuk inti atom.

Prinsip ini didalilkan oleh fisikawan teoretis Austria Wolfgang Pauli pada tahun 1925 untuk menjelaskan pengamatan eksperimental tertentu yang berkaitan dengan spektrum emisi atom. Secara khusus, ini memungkinkan untuk menjelaskan penampakan pola garis ganda ( multiplet ) dalam spektrum emisi atom yang mengalami medan magnet kuat, sebuah pengamatan yang disebut efek Zeeman anomali . Sampai saat itu, model atom kuantum saat ini mendefinisikan atom hanya dalam tiga bilangan kuantum , yaitu bilangan kuantum utama (n), azimut (l) dan bilangan kuantum magnetik (ml ₎ , sehingga pengamatan Pauli menyiratkan keberadaan bilangan kuantum keempat yang sesuai dengan putaran.

Meskipun awalnya ditetapkan untuk elektron dalam atom, prinsip ini meluas ke kelas yang lebih luas dari partikel subatomik yang secara kolektif disebut fermion . Fermion adalah partikel subatomik yang putarannya merupakan kelipatan ganjil ½ dan karenanya memenuhi prinsip eksklusi Pauli . Selain elektron, proton dan neutron juga merupakan fermion, jadi prinsip ini juga berlaku untuk mereka, dan membantu menjelaskan spektrum resonansi magnetik nuklir.

Konsekuensi dari prinsip eksklusi Pauli dalam kimia kuantum

Pernyataan alternatif dari prinsip eksklusi Pauli

Dalam kimia, prinsip pengecualian Pauli diungkapkan dengan cara yang sedikit berbeda dari yang disajikan di awal artikel ini. Bahkan biasanya dinyatakan berdasarkan salah satu akibatnya, yaitu:

Dalam atom mana pun, tidak ada dua elektron yang dapat memiliki empat bilangan kuantum yang sama.

Cara menyatakan prinsip eksklusi Pauli ini kurang umum daripada yang sebelumnya, tetapi ini setara dengan pernyataan pertama bila diterapkan secara khusus pada elektron dalam atom.

Di satu sisi, atom yang terisolasi adalah sistem kuantum tertutup. Ketika berbicara tentang dua elektron, kita berbicara tentang dua partikel subatom identik yang juga merupakan fermion, sehingga mereka memenuhi prinsip eksklusi. Terakhir, dalam mekanika kuantum, bilangan kuantumlah yang menentukan keadaan kuantum setiap elektron. Jadi, secara bersamaan memiliki empat bilangan kuantum yang sama setara dengan berada dalam keadaan kuantum yang persis sama, yang sebenarnya dikecualikan atau dilarang oleh prinsip Pauli.

Hanya dua elektron dengan spin antiparalel yang dapat ditampung dalam sebuah orbital.

Konsekuensi lain dari prinsip eksklusi Pauli dan yang, dalam beberapa kasus, juga digunakan sebagai cara alternatif untuk menyatakannya, adalah bahwa dalam orbital atom yang sama tidak boleh terdapat lebih dari dua elektron, dan bahwa, sebagai tambahan, ini harus berlawanan berputar (+ atau – ½) .

Pernyataan ini juga ekuivalen (walaupun, sekali lagi, kurang umum) daripada pernyataan sebelumnya, karena sebuah orbital atom ditentukan oleh tiga bilangan kuantum pertama, n, l, dan m _l . Jika dua elektron berada di orbital yang sama, maka mereka berbagi tiga bilangan kuantum ini. Karena kedua elektron ini tidak dapat memiliki spin yang sama (karena mereka akan memiliki empat bilangan kuantum yang sama, yang dilarang oleh prinsip eksklusi Pauli), dan karena hanya ada dua nilai spin yang mungkin untuk setiap elektron, maka mereka hanya dapat Ada adalah dua elektron di setiap orbital.

Penerapan prinsip pengecualian Pauli

dalam spektroskopi

Seperti telah disebutkan, prinsip eksklusi Pauli digunakan untuk menjelaskan spektrum emisi atom di bawah medan magnet yang kuat. Selain itu, juga membantu untuk memahami spektra serapan dan emisi, baik spektra resonansi magnetik atomik maupun molekuler, dan nuklir. Teknik-teknik ini memiliki banyak aplikasi di bidang kimia dan kedokteran dan bidang lainnya.

Dalam kimia

Salah satu aplikasi yang paling umum dari prinsip ini dalam kimia adalah digunakan untuk membangun konfigurasi elektron atom dalam tabel periodik. Berkat prinsip eksklusi Pauli, kita tahu bahwa hanya dua elektron yang dapat ditampung dalam satu orbital. Ini, dikombinasikan dengan aturan pemilihan lain untuk bilangan kuantum lainnya, memungkinkan kita untuk menentukan berapa banyak elektron yang dimiliki setiap atom di setiap tingkat energi dan di setiap orbital dalam setiap tingkat.

Tabel berikut mengilustrasikan aplikasi ini dengan memungkinkan penentuan jumlah elektron yang sesuai di setiap tingkat energi utama.

dalam astronomi

Prinsip eksklusi Pauli digunakan dalam astronomi untuk menjelaskan pembentukan bintang katai putih, serta bintang neutron yang dihasilkan dari keruntuhan bintang yang sekarat. Yang pertama (katai putih) mendukung keruntuhan berkat tekanan degenerasi elektron yang menyusunnya, sedangkan bintang neutron terbentuk dan menahan keruntuhan gravitasinya sendiri akibat tekanan degenerasi neutron di inti atom. Dalam kedua kasus, tekanan kuantum ini dihasilkan karena ketidakmungkinan yang diprediksi oleh prinsip pengecualian bahwa dua fermion (baik elektron maupun neutron, tergantung pada jenis bintangnya) menempati keadaan kuantum yang sama.

Referensi

Chang, R. (2021). Kimia ( ^edisi ke-11 ). PENDIDIKAN BUKIT MCGRAW.

Penerbit Ensiklopedia Britannica. (2018, 19 Januari). Prinsip pengecualian Pauli . Ensiklopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/Pauli-exclusion-principle

Libretext. (2021, 19 April). Prinsip Pengecualian Pauli . Teks Libre Kimia. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Electronic_Structure_of_Atoms_and_Molecules/Electronic_Configurations/Pauli_Exclusion_Principle

Nave, R. (nd). Prinsip Pengecualian Pauli . hiperfisika. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/pauli.html

Prinsip pengecualian Pauli. Artikel ensiklopedia. (2019, 1 November). Ensiklopedia.us.es. http://enciclopedia.us.es/index.php/Principio_de_exclusi%C3%B3n_de_Pauli

Waksman Minsky, N., & Saucedo Yáñez, A. (2019). Sejarah singkat Resonansi Magnetik Nuklir: dari penemuan hingga aplikasi dalam pencitraan. Pendidikan Kimia , 30 (2), 129. https://doi.org/10.22201/fq.18708404e.2019.2.68418