解释化学

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“企鹅科普（第一辑）（.shg.tw）”

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解释化学

19世纪60年代末，德米特里·门捷列夫提出了元素周期表。

元素周期表中，元素按照相似的物理和化学性质分成若干族。

但直到1925年，奥地利天才沃尔夫冈·泡利才弄清楚元素的化学性质其实取决于元素的电子是如何占据其原子的量子轨道或壳层的。

每个电子都有一组数字来定义它的“量子态”

。

同时泡利还指出，同一个原子中的两个电子不可能处于相同的量子态。

这就解释了为什么电子不会全部掉落在能量最低的轨道上。

它们会填满连续的“壳层”

，每个壳层中的电子数目都由玻尔首创的量子规则控制。

一旦一个壳层被填满，多余的电子必须占据下一个壳层。

然后，最外层的电子结构会决定原子如何结合在一起，形成各种各样的化合物。

这也解释了它们的物理性质，比如导热或导电的能力。

广义上说，像电子这样的物质粒子，连同遵循泡利不相容原理——所谓排斥原理——的原子核、质子和中子等被统称为费米子。

反之，不遵循这一原理的纯能量粒子，如光子等，则称为玻色子。

泡利解释说，这种差异是基于它们“旋转”

的方式——不是像转篮球那样旋转，而是一种非常奇怪的量子方式，例如，电子甚至会同时向两个方向旋转！

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