Pauli-ekskluderingsprinsippet uttaler ingen to elektroner (eller andre fermioner) kan ha den samme kvantemekaniske tilstanden i den samme atom eller molekyl. Med andre ord, ingen elektroner i et atom kan ha den samme elektroniske kvantetall n, l, ml, og Ms. En annen måte å oppgi Pauli-eksklusjonsprinsippet er å si at den totale bølgefunksjonen for to identiske fermioner er antisymmetrisk hvis partiklene byttes.
Prinsippet ble foreslått av den østerrikske fysikeren Wolfgang Pauli i 1925 for å beskrive atferden til elektroner. I 1940 utvidet han prinsippet til alle fermioner i spinnstatistikken. Bosoner, som er partikler med et helt tallspinn, følger ikke eksklusjonsprinsippet. Så identiske bosoner kan oppta den samme kvantetilstanden (f.eks. Fotoner i lasere). Pauli-ekskluderingsprinsippet gjelder bare partikler med et halvt heltallspinn.
Pauli-eksklusjonsprinsipp og kjemi
I kjemi brukes Pauli-eksklusjonsprinsippet for å bestemme elektronskallstrukturen til atomer. Det hjelper til med å forutsi hvilke atomer som vil dele elektroner og delta i kjemiske bindinger.
Elektroner som er i samme bane har identisk første tre kvantetall. For eksempel er de 2 elektronene i skallet til et heliumatom i 1s underskallet med n = 1, l = 0 og ml = 0. Spinnmomentene deres kan ikke være identiske, så man er ms = -1/2 og den andre er ms = +1/2. Visuelt tegner vi dette som et underskall med 1 "opp" elektron og 1 "nede" elektron.
Som en konsekvens kan 1s-underskallet bare ha to elektroner, som har motsatte spinn. Hydrogen er avbildet som å ha et 1s underskall med 1 "opp" elektron (1s1). Et heliumatom har 1 "opp" og 1 "ned" elektron (1s2). Fortsetter du litium, har du heliumkjernen (1s2) og deretter en "opp" elektron som er 2s1. På denne måten, elektronkonfigurasjonen av orbitalene er skrevet.