En química, el principio de exclusión de Pauli establece que no hay dos o más electrones que puedan ocupar el mismo estado físico. En mecánica cuántica, el estado físico de cada electrón está determinado por su función de onda espacial [matemática] \ Psi (x) [/ matemática] y también su giro (hacia arriba o hacia abajo). En el nivel no relativista, la energía del electrón está determinada por su función de onda espacial, porque el hamiltoniano solo depende de las coordenadas y el momento, pero no del espín. Es decir, hay alguna función de onda [matemática] \ psi_0 (x) [/ matemática] correspondiente al estado de energía más bajo. Pero, cuando incluimos spin, en realidad tenemos dos estados de energía más bajos: [math] \ psi_0 (x) [/ math] con spin up y [math] \ psi_0 (x) [/ math] con spin down. Ambos estados tienen la misma energía (la más baja). Entonces, cuando unes dos electrones y caen al estado fundamental del sistema (como suele suceder en la naturaleza), ambos terminarán en el orbital espacial [matemáticas] \ psi_0 (x) [/ matemáticas], pero con giros opuestos. Si hablamos de átomos, llamamos a este orbital el “orbital 1s” que puede contener hasta dos electrones. Si estamos hablando de moléculas, entonces llamamos a este orbital un “enlace covalente” que también puede contener hasta dos electrones. Si agrega más electrones, llenarán los siguientes orbitales espaciales más altos, dos en cada uno, de la misma manera. Es por eso que los electrones tienden a emparejarse en átomos y moléculas.
También me gustaría corregir la siguiente declaración de Helen:
Si examinaras un electrón de forma aislada, no podrías identificar su estado de rotación. Solo tienen que ser opuestos cuando se emparejan.
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El giro de un electrón aislado es definitivamente observable. El giro del electrón le da un momento dipolar magnético que responde a los campos magnéticos. En realidad, fue este hecho el que se explotó en el experimento Stern-Gerlach, que fue uno de los primeros experimentos que reivindicó la forma moderna de la mecánica cuántica.