Pauli exclusion principle

Fermionok szabálya

A Pauli-kizárási elv szerint egy atomban nem lehet két elektron minden kvantumszáma azonos. Gyakorlati következménye, hogy egy adott térbeli orbitál legfeljebb két elektront tartalmazhat, és azok spinvetülete ellentétes.

Az elektron feles spinű részecske, vagyis fermion. Az azonos fermionok teljes hullámfüggvénye részecskecsere esetén előjelet vált. Ha két elektron teljesen ugyanabba az egy-részecske állapotba kerülne, ez a feltétel csak nulla hullámfüggvénnyel teljesülhetne, ezért az állapot tiltott.

Egy térbeli orbitált n, l és m l ad meg. Ehhez két m s érték tartozhat: +1/2 és −1/2. Ezért ugyanabban az orbitálban két elektron lehet, de csak ellentétes spinnel. Harmadik elektron már új kvantumállapotot igényel.

A Pauli-elv meghatározza a héjak és alhéjak maximális befogadóképességét. Egy s alhéj egy orbitált, ezért 2 elektront; p három orbitált, ezért 6-ot; d öt orbitált, ezért 10-et; f hét orbitált, ezért 14-et fogadhat.

Az elv nem egyszerűen azt mondja, hogy az elektronok elektromosan taszítják egymást. Akkor is fennállna azonos fermionokra, ha a Coulomb-kölcsönhatást elméletileg kikapcsolnánk. Kvantumstatisztikai korlátozásról van szó.