パウリの排他原理

パウリの排他原理は、スイスの物理学者であるパウリが１９２４年に提出した原理で、単にパウリの原理、あるいは禁制律とも呼ばれます。

この原理についての、（たぶん）一番わかりやすい表現は、

・１個の軌道（原子軌道／電子軌道）に入ることのできる電子の数は、最大２個である

というものだと思いますが、別の表現としては、

・４個の量子数（主量子数、方位量子数、磁気量子数、スピン量子数）で規定されたひとつの状態には、ただ１個の電子しか存在できない

あるいは、

・多電子波動関数において、２個の電子の座標を入れ替えると、波動関数は符号を変える

というものもあります。


これらがすべて同じことを表現しているようには（普通では）とても思えませんし、

特に３つめの表現は、まったくもって「なんのこっちゃ」というもので、正直なところ私もよくわかりません。

ただ誤解を恐れずにこの原理について言うと、

原子のまわりにある電子は、最大でも２個ずつのペアとして存在する、そしてその電子を規定する量子数がすべて同じとなる電子はない、ということになるかと思います。


また、電子の２個のペアのことを電子対と言いますが、

原子間の結合（共有結合）をつくっている電子対を共有電子対、共有結合に関与していない電子対を非共有電子対と呼びます。

※電子は軌道の中で１個だけで存在しているのは不安定なので、どんな形でもよいから、なるべく２個のペアを作ろうとする方向に動く（それにより化学反応が生じる場合がある）、ということは知っていてもよいかもしれません。


なお、このパウリの排他原理と、原子軌道をエネルギーの低い方から並べたもの（1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、・・・）をあわせて考えると、なぜ元素の周期表があのような形になっているかについて、明確な説明ができるようになりました。