Co je Pauliho princip vyloučení?

S aplikacemi v chemii a kvantové mechanice se Pauliho vylučovací princip zabývá umístěním elektronů v atomu. Princip říká, že každý elektron v atomu musí mít jedinečná kvantová čísla. Kvantová čísla označují subshell a velikost, umístění a energetickou úroveň orbitalů ve kterém elektrony mohou být nalezeny, stejně jako rotace každého elektronu.

V atomu obíhají elektrony jádro. Oblasti, ve kterých specifické elektrony zabírají prostor, se nazývají orbitaly a orbitaly jsou seskupeny do subshellů. Počet elektronů v dané orbitální nebo subshell je diktován předpisy Pauliho vylučovacího principu, který říká, že žádný dva elektrony nemohou mít identická kvantová čísla. Existují čtyři kvantová čísla pro elektrony, které společně uvádějí celkové umístění elektronu v daném atomu. Kvantová čísla se nazývají hlavní, azimutální, magnetická a rotační.

Základní kvantové číslo udává energetickou hladinu a velikost daného orbitálu. Energie se zvyšuje, když elektronové orbity odcházejí otce od jádra. Toto kvantové číslo je označeno celým číslem. Když vědec zaznamená polohu elektronu v atomu, je první napsané základní kvantové číslo.

Azimuthal a magnetická kvantová čísla dávají informaci o subshell orbital. Azimuthal, označující skutečnou podshell, diktuje informace o tomto subshell. Magnet určuje, kolik orbitálů je v dané subshell a ukazuje, ve kterém z těchto orbitálů je elektron. Ačkoli azimutální číslo může být označeno číslem, vědecká notace pro něj je psána jako písmeno: s, p, d nebo f. Magnetické kvantové číslo je ve vědecké notaci označeno číslem horního indexu, ale jinak je uvedeno jako nula, nebo kladné nebo záporné číslo.

Otáčení elektronu může být buď ve směru nebo proti směru hodinových ručiček. Princip Pauliho vyloučení diktuje, že každý elektron v oběžné dráze se musí točit jiným směrem. Protože existují pouze dvě možnosti, pouze dva elektrony mohou obsadit stejný orbitální systém a zůstat jedinečné. Točení je označeno kladným nebo záporným " _1/2 " nebo šipkami směřujícími nahoru nebo dolů.

Princip Pauliho vyloučení slouží jako základ pro vysvětlení vazeb mezi atomy, jakož i vědecká pravidla a jevy. Má aplikace v Hundově teorii pravidel a kapel. Navíc pomáhá určit, kdy a jak se hvězdy zhroutí do fáze jejich existence trpaslíků a neutronových hvězd.