Was ist das Pauli-Ausschlussprinzip?
Bei Anwendungen in der Chemie und Quantenmechanik befasst sich das Pauli-Ausschlussprinzip mit der Platzierung von Elektronen in einem Atom. Das Prinzip besagt, dass jedes Elektron in einem Atom eindeutige Quantenzahlen haben muss. Quantenzahlen geben die Unterschale und die Größe, Platzierung und das Energieniveau der Orbitale an, in denen sich die Elektronen befinden, sowie den Spin jedes Elektrons.
In einem Atom umkreisen Elektronen den Kern. Die Bereiche, in denen bestimmte Elektronen Raum einnehmen, werden als Orbitale bezeichnet, und Orbitale sind in Unterschalen zusammengefasst. Die Anzahl der Elektronen in einer gegebenen Umlaufbahn oder Unterschale wird durch die Vorschriften des Pauli-Ausschlussprinzips bestimmt, wonach keine zwei Elektronen identische Quantenzahlen haben können. Es gibt vier Quantenzahlen für Elektronen, die zusammen die allgemeine Position des Elektrons in einem gegebenen Atom angeben. Die Quantenzahlen heißen Principal, Azimutal, Magnetic und Spin.
Die Hauptquantenzahl gibt das Energieniveau und die Größe eines gegebenen Orbitals an. Die Energie steigt, wenn die Elektronenorbitale den Vater vom Kern entfernen. Diese Quantenzahl wird durch eine ganze Zahl angegeben. Wenn Wissenschaftler die Position eines Elektrons in einem Atom notieren, ist die Hauptquantenzahl das erste, was geschrieben wird.
Die azimutalen und magnetischen Quantenzahlen geben Auskunft über die Unterschale eines Orbitals. Das Azimutal zeigt die tatsächliche Unterschale an und gibt Informationen über diese Unterschale vor. Der Magnet bestimmt, wie viele Orbitale sich in einer bestimmten Unterschale befinden, und gibt an, in welchem dieser Orbitale sich das Elektron befindet. Obwohl die azimutale Zahl durch eine Ziffer angegeben werden kann, wird die wissenschaftliche Notation dafür als Buchstabe geschrieben: s, p, d oder f. Die magnetische Quantenzahl wird in wissenschaftlicher Schreibweise durch eine hochgestellte Zahl angegeben, ist jedoch entweder als Null oder als positive oder negative Zahl aufgeführt.
Der Spin eines Elektrons kann entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn sein. Das Pauli-Ausschlussprinzip schreibt vor, dass sich jedes Elektron in einem Orbital in eine andere Richtung drehen muss. Da es nur zwei Möglichkeiten gibt, können nur zwei Elektronen dasselbe Orbital einnehmen und einzigartig bleiben. Drehungen werden durch ein positives oder negatives " 1/2 " oder durch nach oben oder unten zeigende Pfeile gekennzeichnet.
Das Pauli-Ausschlussprinzip dient als Grundlage für die Erklärung der Bindung zwischen Atomen sowie für wissenschaftliche Regeln und Phänomene. Es hat Anwendungen in Hunds Regel- und Bandentheorie. Darüber hinaus hilft es festzustellen, wann und wie Sterne in die weißen Zwerg- und Neutronensternstadien ihrer Existenz einstürzen.