Definition des Pauli-Ausschlussprinzips

Das Pauli-Ausschlussprinzip besagt, dass keine zwei Elektronen (oder andere Fermionen) im selben Atom oder Molekül den gleichen quantenmechanischen Zustand haben können. Mit anderen Worten kann kein Elektronenpaar in einem Atom die gleichen elektronischen Quantenzahlen n, l, m haben_l, und M_s. 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 ganzzahligem 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 halben ganzzahligen 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.

Elektronen, die sich im selben Orbital befinden, haben die gleichen ersten drei Quantenzahlen. Zum Beispiel befinden sich die 2 Elektronen in der Hülle eines Heliumatoms in der 1s-Unterschale mit n = 1, l = 0 und m_l = 0. Ihre Schleudermomente können nicht identisch sein, daher ist eines m_s = -1/2 und der andere ist m_s = +1/2. Visuell zeichnen wir dies als eine Unterschale mit 1 "Auf" -Elektron und 1 "Ab" -Elektron.

Folglich kann die 1s-Unterschale nur zwei Elektronen haben, die entgegengesetzte Spins haben. Wasserstoff hat eine 1s - Unterschale mit 1 "Auf" - Elektron (1s¹). Ein Heliumatom hat 1 "up" - und 1 "down" -Elektron (1s²). Beim Übergang zu Lithium haben Sie den Heliumkern (1s²) und dann noch ein "Auf" -Elektron, das 2s ist¹. Auf diese Weise wird die Elektronenkonfiguration der Orbitale geschrieben.