Con applicazioni in chimica e meccanica quantistica, il principio di esclusione di Pauli si occupa del posizionamento degli elettroni in un atomo. Il principio afferma che ogni elettrone in un atomo deve avere numeri quantici unici. I numeri quantici indicano la subshell e la dimensione, il posizionamento e il livello di energia degli orbitali in cui si possono trovare gli elettroni, nonché lo spin di ciascun elettrone.
In un atomo, gli elettroni orbitano attorno al nucleo. Le aree in cui gli elettroni specifici occupano lo spazio sono chiamate orbitali e gli orbitali sono raggruppati in subshell. Il numero di elettroni in un dato orbitale o subshell è dettato dai precetti del principio di esclusione di Pauli che dice che due elettroni non possono avere numeri quantici identici. Ci sono quattro numeri quantici per gli elettroni che, insieme, indicano la posizione generale dell’elettrone in un dato atomo. I numeri quantici sono chiamati principali, azimutali, magnetici e di spin.
Il numero quantico principale indica il livello di energia e la dimensione di un dato orbitale. L’energia aumenta man mano che gli orbitali elettronici allontanano il padre dal nucleo. Questo numero quantico è indicato da un numero intero. Quando lo scienziato annota la posizione di un elettrone in un atomo, il numero quantico principale è la prima cosa che viene scritta.
I numeri quantici azimutali e magnetici forniscono informazioni sulla subshell di un orbitale. Indicando la subshell attuale, l’azimut detta le informazioni su quella subshell. Il magnetico determina quanti orbitali ci sono in un dato subshell e indica in quale di quegli orbitali risiede l’elettrone. Sebbene il numero azimutale possa essere indicato da un numero, la notazione scientifica è scritta come una lettera: s, p, d o f. Il numero quantico magnetico è indicato da un numero in apice in notazione scientifica, ma è indicato come zero o altrimenti come numero positivo o negativo.
Lo spin di un elettrone può essere orario o antiorario. Il principio di esclusione di Pauli impone che ogni elettrone in un orbitale debba ruotare in una direzione diversa. Poiché ci sono solo due opzioni, solo due elettroni possono occupare lo stesso orbitale e rimanere unici. Gli spin sono indicati da un “1/2” positivo o negativo o da frecce che puntano verso l’alto o verso il basso.
Il principio di esclusione di Pauli serve come base per spiegare il legame tra atomi, nonché regole e fenomeni scientifici. Ha applicazioni nella regola di Hund e nella teoria delle bande. Inoltre, aiuta a determinare quando e come le stelle collassano negli stadi di nana bianca e stella di neutroni della loro esistenza.