O que estabelece o princípio de exclusão de Pauli?

Passo 1

O enunciado pede para explicar o princípio de exclusão de Pauli, que faz parte da mecânica quântica e serve para definir como férmions (como os elétrons) se organizam nos átomos. Vamos ver o que é “estado quântico” e por que não pode haver dois elétrons no mesmo.

Passo 2

Em mecânica quântica, cada elétron num átomo é descrito por um estado quântico caracterizado por quatro números quânticos:
n,\quad l,\quad m_{l},\quad m_{s}
onde
n é o número quântico principal (nível de energia),
l é o número quântico azimutal (forma do orbital),
m_{l} é o número quântico magnético (orientação do orbital),
m_{s} é o número quântico de spin (direção do spin, geralmente +\tfrac12 ou -\tfrac12).

Passo 3

O que Pauli propôs é que não podem existir dois elétrons num mesmo átomo com todos os quatro números quânticos iguais. Em outras palavras, num dado orbital (mesmos n, l, m_{l}) só cabem dois elétrons, e eles devem ter spins opostos m_{s}=+\tfrac12 e m_{s}=-\tfrac12.

Passo 4

Essa regra geraliza-se a todos os férmions (partículas de spin semi-inteiro): nenhum par de férmions idênticos pode ocupar simultaneamente o mesmo estado quântico completo. Isso se origina da propriedade antissimétrica da função de onda sob troca de partículas.

Passo 5

Uma consequência direta é a estrutura da tabela periódica e a construção das camadas eletrônicas: cada conjunto de números quânticos só aceita um elétron de cada spin, o que define o preenchimento sequencial dos orbitais e explica a repetição dos comportamentos químicos.

Resposta

O princípio de exclusão de Pauli estabelece que não podem existir dois férmions idênticos (como elétrons) no mesmo sistema quântico com todos os números quânticos iguais, limitando a dois elétrons por orbital e exigindo spins opostos.

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