Definizione del principio di esclusione di Pauli

Il principio di esclusione di Pauli afferma che due elettroni (o altri fermioni) non possono avere lo stesso stato meccanico quantico nello stesso atomo o molecola. In altre parole, nessuna coppia di elettroni in un atomo può avere gli stessi numeri quantici elettronici n, l, m_l, e m_S. Un altro modo per affermare il principio di esclusione di Pauli è quello di dire che la funzione d'onda totale per due fermioni identici è antisimmetrica se le particelle vengono scambiate.

Il principio fu proposto dal fisico austriaco Wolfgang Pauli nel 1925 per descrivere il comportamento degli elettroni. Nel 1940 estese il principio a tutti i fermioni nel teorema della spin-statistica. I bosoni, che sono particelle con una rotazione intera, non seguono il principio di esclusione. Pertanto, bosoni identici possono occupare lo stesso stato quantico (ad es. Fotoni nei laser). Il principio di esclusione di Pauli si applica solo alle particelle con una rotazione di mezzo intero.

Il principio di esclusione di Pauli e la chimica

In chimica, il principio di esclusione di Pauli viene utilizzato per determinare la struttura a guscio elettronico degli atomi. Aiuta a prevedere quali atomi condivideranno gli elettroni e parteciperanno ai legami chimici.

Gli elettroni che si trovano nello stesso orbitale hanno identici primi tre numeri quantici. Ad esempio, i 2 elettroni nella shell di un atomo di elio si trovano nella subshell 1s con n = 1, l = 0 e m_l = 0. I loro momenti di rotazione non possono essere identici, quindi uno è m_S = -1/2 e l'altro è m_S = +1/2. Visivamente, disegniamo questo come una subshell con 1 elettrone "su" e 1 elettrone "giù".

Di conseguenza, la subshell 1s può avere solo due elettroni, che hanno spin opposti. L'idrogeno è raffigurato con una sottostruttura 1s con 1 elettrone "up" (1s¹). Un atomo di elio ha 1 elettrone "su" e 1 "giù" (1 s²). Passando al litio, hai il nucleo di elio (1s²) e poi un altro elettrone "up" che è 2s¹. In questo modo viene scritta la configurazione elettronica degli orbitali.