12. Le principe d’exclusion de Pauli

Dans le modèle de l’atome de Niels Bohr de 1913, l’orbitale la plus basse de l’atome d’hydrogène accepte seulement deux électrons, la suivante huit et ainsi de suite. Cette géométrie transparaît dans la structure de la classification périodique des éléments. Mais pourquoi le nombre d’électrons par couche est-il limité, et comment les électrons savent-ils sur quel niveau se placer ?
L’Autrichien Wolfgang Pauli chercha des réponses à ces questions. Il avait travaillé sur l’effet Zeeman – le phénomène de subdivision des raies spectrales qui résulte de la modification par un champ magnétique des niveaux d’énergie des électrons d’un atome – et avait remarqué des similitudes entre les spectres des métaux alcalins, qui ont un seul électron sur leur couche externe, et ceux des gaz rares, dont la couche externe est complète. Les électrons semblaient ne disposer que d’un nombre limité d’états.
Chaque électron ne pouvait-il présenter qu’un état unique caractérisé par quatre nombres quantiques – énergie, moment angulaire, moment magnétique intrinsèque et spin ?Selon la règle énoncée par Pauli en 1925 – le principe d’exclusion de Pauli – deux électrons d’un même atome ne peuvent avoir leur quatre nombres quantiques identiques. Autrement dit, deux électrons ne peuvent être au même endroit au même moment avec les mêmes propriétés.Organisation électronique Quand on se déplace dans le tableau de Mendeleïev vers des éléments de plus en plus lourds, on constate que les atomes contiennent de plus en plus d’électrons…