Définition du principe d'exclusion de Pauli

Le principe d'exclusion de Pauli stipule qu'aucun deux électrons (ou autres fermions) ne peuvent avoir le même état mécanique quantique dans le même atome ou la même molécule. En d'autres termes, aucune paire d'électrons dans un atome ne peut avoir les mêmes nombres quantiques électroniques n, l, m_l, et M_s. Une autre façon d'énoncer le principe d'exclusion de Pauli est de dire que la fonction d'onde totale pour deux fermions identiques est antisymétrique si les particules sont échangées.

Le principe a été proposé par le physicien autrichien Wolfgang Pauli en 1925 pour décrire le comportement des électrons. En 1940, il a étendu le principe à tous les fermions du théorème des statistiques de spin. Les bosons, qui sont des particules à spin entier, ne suivent pas le principe d'exclusion. Ainsi, des bosons identiques peuvent occuper le même état quantique (par exemple, les photons dans les lasers). Le principe d'exclusion de Pauli ne s'applique qu'aux particules avec un spin demi-entier.

Le principe d'exclusion de Pauli et la chimie

En chimie, le principe d'exclusion de Pauli est utilisé pour déterminer la structure de la couche d'électrons des atomes. Il aide à prédire quels atomes partageront les électrons et participeront aux liaisons chimiques.

Les électrons qui sont dans la même orbite ont les trois premiers nombres quantiques identiques. Par exemple, les 2 électrons dans la coquille d'un atome d'hélium sont dans la sous-couche 1s avec n = 1, l = 0 et m_l = 0. Leurs moments de spin ne peuvent pas être identiques, donc on est m_s = -1/2 et l'autre est m_s = +1/2. Visuellement, nous dessinons cela comme une sous-coque avec 1 électron "haut" et 1 électron "bas".

Par conséquent, la sous-couche 1 ne peut avoir que deux électrons, qui ont des spins opposés. L'hydrogène est représenté comme ayant une sous-couche de 1 s avec 1 électron «haut» (1 s¹). Un atome d'hélium a 1 électron "haut" et 1 électron "bas" (1s²). Passons au lithium, vous avez le noyau d'hélium (1s²) puis un autre électron "up" qui est 2s¹. De cette façon, la configuration électronique des orbitales est écrite.