Quimica

En 1925, el físico cuántico Wolfgang Pauli descubrió el «principío de exclusíón», según el cual los electrones (que son pequeñas partículas cargadas eléctricamente que pululan alrededor del núcleo atómico) no pueden solaparse uno sobre otro, se excluyen mutuamente, y si se intenta presionar a dos electrones en la misma órbita para que se unan, se repelen. Esta fuerza de repulsión no se debe alhecho de que las cargas eléctricas correspondientes de los electrones se repelan, sino que se trata de una fuerza de repulsión completamente nueva, mucho más fuerte que la electromagnética. Esta nueva fuerza, llamada «fuerza de intercambio» sólo puede comprenderse basándose en la teoría cuántica y no existe nada análogo a ella en la física clásica. Su existencia al nivel atómico es lo que impide quese colapsen las nubes electrónicas que rodean los núcleos atómicos.
Si imaginamos un gas de electrones e imaginamos luego que aplicamos una presión sobre dicho gas, la fuerza de intercambio repelente entre los electrones individuales creará una «presión de Fermi» opuesta que, en principio, no resistirá a la aplicada. Hay que presionar intensamente un gas para percibir esta presión deresistencia de Fermi. Sólo actúa cuando los electrones se acercan tanto que sus ondas asociadas comienzan a solaparse. Uno de los ejemplos sobre esas condiciones se da en el interior de las estrellas.
En física cuántica, el principio de exclusión de Pauli es, para los científicos de la especialidad, una regla que establece que dos partículas en el mismo estado (idéntico espín, carga de color, momentoangular, etc.) no pueden existir en el mismo lugar y al mismo tiempo.
Aplicando esta regla, los físicos han logrado una importante distinción en la categoría de las partículas: partículas que están sujetas a la exclusión de Pauli – los fermiones– y partículas que no sometidas a ello –los bosones–.
En resumen, se trata de un principio que establece que dos partículas similares no pueden existir enel mismo estado, es decir, que no pueden tener ambas la misma posición y la misma velocidad, dentro de los límites fijados por el principio de incertidumbre.
Por otra parte, a través del principio de exclusión se puede explicar por qué las partículas materiales no colapsan en un estado de casi extrema densidad, bajo la influencia de las fuerzas producidas por las partículas de espín 1, 1½ y 2 :si las partículas materiales están casi en la misma posición, deben tener entonces velocidades diferentes, lo que significa que no estarán en la misma posición durante mucho tiempo.
Sin la existencia del principio de exclusión, se hace difícil imaginar cuál sería la estructura de la naturaleza. Los quarks no formarían protones y neutrones independientes bien definidos. Ni tampoco estosformarían, junto con los electrones, átomos independientes bien definidos. En función de nuestros conocimientos todas las partículas se colapsarían formando una «sopa» densa, más o menos uniforme.
Una de las más importante de esas reglas es el principio de exclusión de Pauli: un orbital atómico determinado puede ser ocupado por sólo dos electrones, pero con el requisito de que los espines de ambos debenser opuestos. Estos electrones de espines opuestos se consideran apareados. Electrones de igual espín tienden a separarse lo máximo posible. Esta tendencia es el más importante de los factores que determinan las formas y propiedades de las moléculas.
Para llegar a ese principio de exclusión, Pauli, previamente descubrió otro, «el principio de antisimetría», el cual señala: La función de ondatotal de un conjunto de electrones (fermiones), debe ser antisimétrica con respecto al intercambio de cualquier par de electrones.
Ahora bien, si existe una parte espacial simétrica, la parte de espín debe ser antisimétrica y viceversa. Ello permite poder construir la función del estado fundamental y del estado excitado, cuya energía es conocida al igual que su parte espacial.
 Estado...