Ley de exclusión de pauli

Principio de funcionamiento

Wolfgang Pauli es un científico galardonado que realizó importantes descubrimientos sobre los átomos y los electrones. En esta lección, aprenderás sobre su Principio de Exclusión de Pauli, que se utiliza para entender los electrones de los átomos.

¿Quién es Wolfgang Pauli? Mucha gente piensa que ser “científico” es un trabajo apasionante; al fin y al cabo, los científicos pueden llevar a cabo experimentos geniales y posiblemente hacer nuevos descubrimientos para que todo el mundo los conozca. En esta lección hablaremos de un científico llamado Wolfgang Pauli, que hizo algunos de esos increíbles descubrimientos y que aún hoy se recuerda por ellos. Wolfgang Pauli fue un famoso físico, o un científico que estudia el campo de la física. Nació en Austria en 1900 y vivió hasta 1958. Como estudiante universitario, tuvo mucho éxito con el aprendizaje y la investigación de la ciencia y finalmente obtuvo un título de doctorado. Como científico, Wolfgang Pauli descubrió el principio de exclusión de Pauli en 1925, del que aprenderás más en esta lección. También ganó el Premio Nobel de la Paz en 1945 por sus logros en ciencia y física.

¿Por qué se llama así al principio de exclusión de Pauli?

Se llama principio de exclusión porque según este principio, si un electrón en un átomo tiene los mismos valores particulares para los cuatro números cuánticos, entonces todos los otros electrones en ese átomo están excluidos de tener el mismo conjunto de valores.

¿Quién hizo el principio de exclusión de Pauli?

En 1925, el físico austriaco Wolfgang Pauli (véase la figura) propuso la siguiente regla: No hay dos electrones que puedan tener el mismo conjunto de números cuánticos. Es decir, no puede haber dos electrones en el mismo estado. Esta afirmación se conoce como el principio de exclusión de Pauli, porque excluye que los electrones estén en el mismo estado.

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Reglas de Hund

El principio de exclusión de Pauli establece que, en un átomo o molécula, no puede haber dos electrones con los mismos cuatro números cuánticos electrónicos. Como un orbital sólo puede contener un máximo de dos electrones, los dos electrones deben tener espines opuestos. Esto significa que si un electrón se asigna como electrón de espín ascendente (+1/2), el otro electrón debe ser de espín descendente (-1/2).

Los electrones del mismo orbital tienen los mismos tres primeros números cuánticos, por ejemplo, \(n=1\), \(l=0\), \(m_l=0\) para el subesqueleto 1s. Sólo dos electrones pueden tener estos números, por lo que sus momentos de espín deben ser \(m_s = -1/2\) o \(m_s = +1/2\). Si el orbital 1s contiene sólo un electrón, tenemos un valor \(m_s\) y la configuración electrónica se escribe como 1s1 (correspondiente al hidrógeno). Si está totalmente ocupado, tenemos dos valores de \(m_s\), y la configuración electrónica es 1s2 (correspondiente al helio). Visualmente estos dos casos se pueden representar como

Como se puede ver, las subcáscaras 1s y 2s de los átomos de berilio sólo pueden contener dos electrones y, cuando se llenan, los electrones deben tener espines opuestos. De lo contrario, tendrán los mismos cuatro números cuánticos, violando el Principio de Exclusión de Pauli.

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Números cuánticos

El Principio de Exclusión de Pauli afirma que no hay dos electrones en el mismo átomo que puedan tener valores para sus cuatro números cuánticos que sean idénticos entre sí. Dicho de otro modo, (1) no hay más de dos electrones que puedan ocupar el mismo orbital al mismo tiempo, y (2) dos electrones en el mismo orbital deben tener espines opuestos para ser considerados juntos.

(La idea de que no pueden existir dos partículas en exactamente el mismo estado cuántico se conoce como principio de incertidumbre. Los fermiones, pero no los bosones, están sujetos a esta ley. Las enanas blancas y las estrellas de neutrones son ejemplos de las consecuencias de esta teoría de la relatividad.

Según el principio de exclusión de Pauli, no puede haber dos electrones en un átomo en el mismo estado o configuración al mismo tiempo. El físico austriaco Wolfgang Pauli lo propuso en 1925 para explicar los patrones de emisión de luz de los átomos que se observaban en el momento del experimento.

Pauli hizo importantes contribuciones a la mecánica cuántica, la teoría cuántica de campos y la física del estado sólido, y fue el primero en proponer la existencia del neutrino, que se demostró correcta. Además de ser pionero en la realización de trabajos originales, elaboró una magnífica síntesis de diversas áreas de la teoría física que hoy se consideran obras maestras de la literatura científica.

Repulsión de Pauli

Junto con el principio de Aufbau y la regla de Hund, el principio de exclusión de Pauli es un principio esencial en química. Es fundamental que los alumnos lo comprendan, sobre todo al estudiar los electrones. El Principio de Exclusión de Pauli explica cómo se disponen los electrones en los átomos y las moléculas, así como la clasificación de los elementos en la tabla periódica. En esta sección, veremos el principio de exclusión de Pauli en profundidad y conoceremos todos los principios que lo sustentan.

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La configuración de los electrones en un átomo ofrece muchas posibilidades. Sin embargo, los electrones no pueden organizarse según las leyes fundamentales. Se sabe que el principio de Aufbau y la regla de Hund rigen la dispersión de los electrones. Sin embargo, como los electrones tienen espines distintos, debemos utilizar el principio de exclusión de Pauli para organizar los electrones en determinadas órbitas.

La ley de Hund describe cómo los electrones pueden llenarse en dos o más estados degenerados en presencia de dos o más estados degenerados. El principio de exclusión de Pauli, por su parte, da una indicación del tipo de electrones que pueden agruparse.

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