15.10 原子的壳层结构与元素周期表.pptVIP

15.10 原子的壳层结构 大学物理 第一版 第十五章 量子物理 15-7 不确定关系 物理学 第五版 第十五章 量子物理 物理学 第五版 第十五章 量子物理 15-7 不确定关系 物理学 第五版 第十五章 量子物理 物理学 第五版 第七章 恒定磁场 物理学 第五版 一、原子的壳层结构 1916年，W. Kossel提出多电子原子中核外电子按壳层分布的形象化模型。他认为主量子数n相同的电子组成一个主壳层，对应于n =1,2,3,4,5,6,…的各个主壳层分别用大写字母K,L,M,N,O,P,….等表示；在每一主壳层内，又按角量子数l分为若干支壳层，l =0,1,2,3,4,5,…的支壳层分别用小写字母s,p,d,f,g,h,…表示。 对于确定的n 和 l，用n l 表示，如1s,2s,2p,…； 当一个原子的每个电子组态n和l 均被指定后，则称该原子具有一定的电子组态，例如：Cu:1s22s22p63s23p64s13d10 在光谱学中，谱线的命名与角量子数有关，相应于一定角动量的线系都赋予一定的名字，如对于跃迁hv =E2-E1， E1的角量子数l =0的谱线称为锐线系s——sharp E1 l =1 主线系p——principal E1 l =2 漫线系d——diffuse E1 l =3 基线系f——fundamental 能级结构图 二、基态原子的核外电子排布服从的规律 泡利（W. Pauli，1900-1958） 瑞士籍奥地利物理学家。他21岁获得博士学位，并由导师索末菲推荐为《数学科学百科全书》写了关于相对论的长篇综述文章，受到爱因斯坦的高度赞许。25岁那年，他提出了后来以泡利命名的“不相容原理”，从而把早期量子论发展到极高的地步。这给当时许多正在探索原子内电子分布问题的物理学家提供了一把金钥匙，并进而得以阐明元素的周期律。他45岁时，因发现“泡利不相容原理”，而获得诺贝尔物理学奖金。至今，这个原理仍是量子力学的量子统计等微观领域的重要基础之一。 泡利不相容原理 1 泡利不相容原理 问题：原子中的电子可以分布在不同的壳层上，每一主壳层和支壳层上能容纳多少电子呢？ 泡利不相容原理： 1925年，泡利提出：在一个原子中，不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的量子态，即原子中的任何两个电子不可能有完全相同的一组量子数(n, l,ml,ms) 。 每一壳层上容纳的电子数： 对于每一支壳层，对应的量子数n, l，它们的磁量子数ml=0,±1,±2,…,±l，共有(2v+1)种可能值；对于每一个ml值又有两种ms值。所以在同一支壳层上可容纳的电子数为2(2l+1); 对于某一主壳层n，角量子数可取l=0,1,2,…,(n-1)，共n种可能值，而对于每一l值，可容纳电子数2(2l+1)种，故在主壳层n上可容纳的电子数为; 氢原子内电子的状态 l = 0 l = 1 l = 2 l = 3 l = 4 l = 5 s p d f g h n = 1 1s n = 2 2s 2p n = 3 3s 3p 3d n = 4 4s 4p 4d 4f n = 5 5s 5p 5d 5f 5g n = 6 6s 6p 6d 6f 6g 6h 0 1 2 3 4 5 6 s p d f g h i 1 K 2 2 2 L 2 6 8 3 M 2 6 10 18 4 N 2 6 10 14 32