Принцип исключения Паули не устанавливает двух электроны (или другие фермионы) могут иметь идентичное квантово-механическое состояние в том же атом или молекула. Другими словами, ни одна пара электронов в атоме не может иметь один и тот же электронный квантовые числа н, л, мL, И мs. Другой способ сформулировать принцип исключения Паули состоит в том, чтобы сказать, что полная волновая функция для двух идентичных фермионов является антисимметричной, если частицы обмениваются.
Этот принцип был предложен австрийским физиком Вольфгангом Паули в 1925 году для описания поведения электронов. В 1940 году он распространил этот принцип на все фермионы в теореме о спиновой статистике. Бозоны, представляющие собой частицы с целочисленным спином, не следуют принципу исключения. Таким образом, идентичные бозоны могут занимать одно и то же квантовое состояние (например, фотоны в лазерах). Принцип исключения Паули применим только к частицам с полуцелым спином.
Принцип исключения Паули и химия
В химии принцип исключения Паули используется для определения структуры электронных оболочек атомов. Это помогает предсказать, какие атомы будут делиться электронами и участвовать в химических связях.
Электроны, находящиеся на одной орбите, имеют одинаковые первые три квантовых числа. Например, 2 электрона в оболочке атома гелия находятся в 1-скоростной оболочке с n = 1, l = 0 и mL = 0. Их вращательные моменты не могут быть одинаковыми, поэтомуs = -1/2 и другойs = +1/2. Визуально мы рисуем это как подоболочку с 1 «восходящим» электроном и 1 «нисходящим» электроном.
Как следствие, подоболочка 1s может иметь только два электрона, которые имеют противоположные спины. Водород изображен как имеющий 1-футовую подоболочку с 1-м электроном вверх1). Атом гелия имеет 1 «вверх» и 1 «вниз» электрон (1 с2). Переходя к литию, у вас есть ядро гелия (1с2), а затем еще один «вверх» электрон, который 2s1. Таким образом, электронная конфигурация орбиталей написано.