Avec des applications en chimie et en mécanique quantique, le principe d’exclusion de Pauli traite du placement des électrons dans un atome. Le principe stipule que chaque électron dans un atome doit avoir des nombres quantiques uniques. Les nombres quantiques indiquent la sous-couche et la taille, l’emplacement et le niveau d’énergie des orbitales dans lesquelles les électrons peuvent être trouvés, ainsi que le spin de chaque électron.
Dans un atome, les électrons gravitent autour du noyau. Les zones dans lesquelles des électrons spécifiques occupent l’espace sont appelées les orbitales, et les orbitales sont regroupées dans des sous-couches. Le nombre d’électrons dans une orbitale ou une sous-couche donnée est dicté par les préceptes du principe d’exclusion de Pauli qui dit que deux électrons ne peuvent avoir des nombres quantiques identiques. Il existe quatre nombres quantiques pour les électrons qui, ensemble, indiquent la position générale de l’électron dans un atome donné. Les nombres quantiques sont appelés principal, azimutal, magnétique et spin.
Le nombre quantique principal indique le niveau d’énergie et la taille d’une orbitale donnée. L’énergie augmente à mesure que les orbitales électroniques s’éloignent du noyau. Ce nombre quantique est indiqué par un entier. Lorsque le scientifique note la position d’un électron dans un atome, le nombre quantique principal est la première chose écrite.
Les nombres quantiques azimutaux et magnétiques donnent des informations sur la sous-couche d’une orbitale. Indiquant le sous-shell réel, l’azimut dicte des informations sur ce sous-shell. Le magnétique détermine combien d’orbitales se trouvent dans une sous-couche donnée et indique dans laquelle de ces orbitales réside l’électron. Bien que le nombre azimutal puisse être indiqué par un chiffre, sa notation scientifique s’écrit sous la forme d’une lettre : s, p, d ou f. Le nombre quantique magnétique est indiqué par un chiffre en exposant en notation scientifique, mais est répertorié comme étant soit zéro, soit un nombre positif ou négatif dans le cas contraire.
Le spin d’un électron peut être dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse. Le principe d’exclusion de Pauli dicte que chaque électron dans une orbitale doit tourner dans une direction différente. Comme il n’y a que deux options, seuls deux électrons peuvent occuper la même orbitale et rester uniques. Les tours sont indiqués par un 1/2 positif ou négatif ou par des flèches pointant vers le haut ou vers le bas.
Le principe d’exclusion de Pauli sert de base pour expliquer la liaison entre les atomes, ainsi que les règles et phénomènes scientifiques. Il a des applications dans la règle de Hund et la théorie des bandes. De plus, cela aide à déterminer quand et comment les étoiles s’effondrent dans les stades naine blanche et étoile à neutrons de leur existence.