파울리의 배타원리란?

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전자 궤도에 대한

파울리(Pauli)의 배타원리(排他原理)

 

  

20세기 초부터 과학자들은 물질의 기본 단위인 원자를 구성하는 요소인 전자, 양성자, 중성자를 비롯하여 더 많은 종류의 입자(elementary particle 소립자)들을 발견하게 되었고, 이들이 가진 성질과 상호간의 작용 등을 연구하게 되었다. 이러한 연구 분야는 입자 물리학(particle physics), 핵물리학, 양자 물리학(quantum physics) 등의 이름으로 일반에게 알려졌으며, 이와 관련된 전문 과학용어는 수천에 이른다. 또한 이 분야에 대한 새로운 이론이나 법칙들은 지금도 계속 발견되고 있다.

 

오스트리아의 이론물리학자 볼프강 파울리(Wolfgang Pauli, 1900-1958)는 1925년 ‘파울리의 배타원리’(Pauli's Exclusion Principle)라 부르는 전자의 궤도에 대한 이론을 발표했다.

 

“한 원자 안의 여러 개 전자 중에서 2개의 전자가 동시에 동일한 양자 상태(量子 狀態, quantum state)가 될 수 없다.”

 

고 하는 이 이론은, 핵 둘레를 도는 전자의 궤도 구조 개념을 확립시켰다. exclutio는 '배타적', '독점적', '한정적' 등의 의미가 있다.

 

핵 둘레에는 원소의 종류에 따라 각기 다른 여러 개의 전자가 있으며, 전자들은 일정한 궤도를 따라 돈다. 전자의 궤도는 핵에 가까운 궤도(또는 전자각電子殼 electron shell)로부터 바깥쪽으로 가면서 1, 2, 3, 4 (또는 K, L, M, N ) .....n  ​으로 번호를 붙이는데, 핵에 가까운 전자각일수록 에너지가 낮고, 바깥쪽(외각 外殼)일수록 에너지가 증가한다. 또 각 전자각에는 준궤도(subshells)와 준 에너지 레벨(energy sublevels)도 있다.

 

배타원리에서 각 전자각이 가질 수 있는 전자의 수는 2n2개 (예 : 2, 8, 18, 32, .....)이다.

파울리의 배타원리는 오늘날 사용하는 원소주기율표(원소주기율 참조) 작성 때 기본이 되었다. 파울리는 이 원리를 발견한 공로로 1945년 노벨 물리학상을 받았다.

 

 

 

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