El principio de exclusión de Pauli, fue desarrollado por el físico austriaco Ernst Pauli en el año 1925. Estea premisa es útil para determinar las configuraciones electrónicas de los átomos poli electrónicos.
Establece que dos partículas (concretamente fermiones) que tiene los números cuánticos con los que constan idénticos, no pueden existir.
Esto significa que dos electrones (fermiones) que se encuentren en un átomo no podrán poseer a la vez iguales números cuánticos. Esto puede explicar que los electrones se dispersan en capas o niveles en torno al núcleo del átomo y por esto, los átomos que posean mayor número de electrones ocupen mayor espacio, debido a que aumenta el número de capas de las que consta el átomo. El número máximo de electrones que puede tener una capa o nivel es de 2n^2.
Es necesario introducir obligatoriamente un cuarto número cuántico a los ya conocidos para lograr describir de forma completa al electrón dentro del átomo de hidrógeno.
Este se representa por las letras ms, y es conocido como el número cuántico de spin, relacionado estrechamente con las propiedades magnéticas que presentan los electrones. El número cuántico ms, tan sólo puede tener dos valores diferentes, +1/2 o -1/2.
Historia del Principio de Exclusión de Pauli
Según la historia, el principio de exclusión de Pauli se formula para explicar la estructura atómica y la organizaciónde la tabla periódica, y este consistía en imponer una restricción sobre la distribución de los electrones en los diferentes estados cuánticos.
Más tarde, gracias el análisis de sistemas de partículas idénticas se concluyó que cualquier estado debía tener una simetría bajo intercambio de partículas peculiar, lo que implicaba que existían dos tipos de partículas: Fermiones, que satisfarían el principio de Pauli, y bosones, que no lo satisfarían.
El principio de exclusión de Pauli estipula que dos Fermiones no pueden ocupar el mismo estado cuántico dentro del mismo sistema al mismo tiempo, mientras que para el caso de los electrones estipula que es imposible para 2 electrones en un mismo átomo tener los mismos 4 valores para los números cuánticos, donde esos 4 números incluyen el número cuántico principal, el número cuántico de momento angular, el número cuántico magnético y por último, el número cuántico de espín.
Como se ha dicho, el principio de exclusión de Pauli solo es aplicable a Fermiones , esto es, partículas que forman estados cuánticos antisimétricos y que tienen espín semientero. Son Fermiones, por ejemplo, los electrones y los quarks (estos últimos son los que forman los protones y los neutrones).
En cambio, partículas como el fotón, y el (hipotético) gravitón, no obedecen a este principio, ya que son bosones, esto es, forman estados cuánticos simétricos y tienen espín entero. Como consecuencia, una multitud de fotones puede estar en un mismo estado cuántico de partícula, como en los láseres.
A los electrones cuyos valores de ms son iguales, se dice que cuentan con lo que se conoce como spines paralelos, sin embargo, si los valores que presenta ms son distintos se dice que poseen spines opuestos o también llamados antiparalelos.
Consecuencias del Principio de Exclusión de Pauli
En el campo de la química y la física atómica, el caso más conocido, por su amplia utilización es el sistema cuántico del átomo de Schrödinger, siendo los Fermiones los electrones. Por ello es la versión más conocida del lema: Dos electrones en un átomo no pueden tener los mismos números cuánticos.
El ferromagnetismo, es otro fenómeno físico del que es responsable el principio de Pauli, en cual el principio de exclusión implica una energía de intercambio que induce al alineamiento paralelo de electrones vecinos, que clásicamente se alinearían anti paralelamente.
