Das Pauli-Ausschlussprinzip besagt keine zwei Elektronen (oder andere Fermionen) können denselben identischen quantenmechanischen Zustand haben Atom oder Molekül. Mit anderen Worten, kein Elektronenpaar in einem Atom kann dieselbe Elektronik haben Quantenzahlen n, l, ml, und Ms. Eine andere Möglichkeit, das Pauli-Ausschlussprinzip zu formulieren, besteht darin, zu sagen, dass die Gesamtwellenfunktion für zwei identische Fermionen antisymmetrisch ist, wenn die Partikel ausgetauscht werden.
Das Prinzip wurde 1925 vom österreichischen Physiker Wolfgang Pauli vorgeschlagen, um das Verhalten von Elektronen zu beschreiben. 1940 erweiterte er das Prinzip auf alle Fermionen im Satz der Spinstatistik. Bosonen, die Teilchen mit einem ganzzahligen Spin sind, folgen nicht dem Ausschlussprinzip. So können identische Bosonen den gleichen Quantenzustand einnehmen (z. B. Photonen in Lasern). Das Pauli-Ausschlussprinzip gilt nur für Partikel mit einem halbzahligen Spin.
Das Pauli-Ausschlussprinzip und die Chemie
In der Chemie wird das Pauli-Ausschlussprinzip verwendet, um die Elektronenhüllenstruktur von Atomen zu bestimmen. Es hilft vorherzusagen, welche Atome Elektronen teilen und an chemischen Bindungen teilnehmen werden.
Elektronen, die sich im selben Orbital befinden, haben identische erste drei Quantenzahlen. Zum Beispiel befinden sich die 2 Elektronen in der Hülle eines Heliumatoms in der 1s-Unterschale mit n = 1, l = 0 und ml = 0. Ihre Spinmomente können nicht identisch sein, also ist man ms = -1/2 und der andere ist ms = +1/2. Visuell zeichnen wir dies als Unterschale mit 1 "Auf" -Elektron und 1 "Ab" -Elektron.
Infolgedessen kann die 1s-Unterschale nur zwei Elektronen haben, die entgegengesetzte Spins haben. Wasserstoff hat eine 1s-Unterschale mit 1 "up" -Elektron (1s)1). Ein Heliumatom hat 1 "up" - und 1 "down" -Elektron (1s)2). Wenn Sie zu Lithium übergehen, haben Sie den Heliumkern (1s)2) und dann noch ein "up" -Elektron, das 2s ist1. Auf diese Weise, die Elektronenkonfiguration der Orbitale ist geschrieben.