Wissenschaft

Definition des Pauli-Ausschlussprinzips

Das Pauli-Ausschlussprinzip besagt, dass keine zwei Elektronen  (oder andere Fermionen) den gleichen quantenmechanischen Zustand im selben Atom  oder Molekül haben können. Mit anderen Worten, kein Elektronenpaar in einem Atom kann die gleichen elektronischen  Quantenzahlen n, l, m l und m s haben . 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 einem ganzzahligen Spin sind, folgen nicht dem Ausschlussprinzip. Identische Bosonen können also denselben Quantenzustand einnehmen (z. B. Photonen in Lasern). Das Pauli-Ausschlussprinzip gilt nur für Partikel mit einem halbzahligen 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 werden.

Elektronen, die sich im selben Orbital befinden, haben identische erste 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 Spinmomente können nicht identisch sein, also ist eins m s=-1/2 und der andere ist m s=+1/2. Visuell zeichnen wir dies als Unterschale mit 1 „Auf“ -Elektron und 1 „Ab“ -Elektron.

Infolgedessen kann die 1s-Unterschale nur zwei Elektronen haben, die entgegengesetzte Spins haben. Wasserstoff hat eine 1s-Unterschale mit 1 „up“ -Elektron (1s 1 ). Ein Heliumatom hat 1 „up“ – und 1 „down“ -Elektron (1s 2 ). Wenn Sie zu Lithium übergehen, haben Sie den Heliumkern (1s 2 ) und dann ein weiteres „up“ -Elektron, das 2s 1 ist . Auf diese Weise wird die Elektronenkonfiguration der Orbitale geschrieben.

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