Paulin poissulkemisperiaatteessa ei mainita kahta elektronit (tai muilla fermioneilla) voi olla sama kvanttimekaaninen tila samassa atomi tai molekyyli. Toisin sanoen, yhdellä atomin elektroniparilla ei voi olla sama elektroninen kvanttilukut n, l, ml, ja ms. Toinen tapa ilmoittaa Pauli-poissulkemisperiaate on sanoa, että kahden samanlaisen fermionin kokonaisaaltofunktio on epäsymmetrinen, jos hiukkaset vaihdetaan.
Itävaltalainen fyysikko Wolfgang Pauli ehdotti tätä periaatetta vuonna 1925 kuvaamaan elektronien käyttäytymistä. Vuonna 1940 hän laajensi periaatetta kaikkiin spin-tilastolauseen fermioneihin. Bosonit, jotka ovat hiukkasia, joilla on kokonaislukuinen spin, eivät noudata poissulkemisperiaatetta. Joten identtiset bosonit voivat käyttää samaa kvanttitilaa (esim. Fotonit laserissa). Pauli-poissulkemisperiaate koskee vain hiukkasia, joiden spin on puoli-kokonaisluku.
Paulin poissulkemisperiaate ja kemia
Kemiassa Paulin poissulkemisperiaatetta käytetään atomien elektronikuoren rakenteen määrittämiseen. Se auttaa ennustamaan, mitkä atomit jakavat elektroneja ja osallistuvat kemiallisiin sidoksiin.
Samalla kiertoradalla olevilla elektronilla on identtiset kolme ensimmäistä kvantilukua. Esimerkiksi, heeliumatomin kuoressa olevat 2 elektronia ovat 1s: n alakellossa n = 1, l = 0 ja ml = 0. Heidän spin-momenttinsa eivät voi olla identtiset, joten yksi on ms = -1/2 ja toinen on ms = +1/2. Visuaalisesti piirrämme tämän alaääninä, jossa on 1 "ylös" elektroni ja 1 "alas" elektroni.
Seurauksena, 1s-alakennossa voi olla vain kaksi elektronia, joilla on vastakkaiset spinnit. Vety on kuvattu siten, että sillä on 1s: n alaketju, jossa on 1 "ylös" -elektroni (1s1). Heliiumatomilla on 1 "ylös" ja 1 "alas" elektroni (1 s2). Litiumia siirryttäessä sinulla on heliumydin (1s2) ja sitten vielä yksi "ylös" -elektroni, joka on 2s1. Tällä tavoin, elektronikonfiguraatio rataväylistä on kirjoitettu.