《原子物理学》(褚圣麟)第七章 原子的壳层结构

第7章 原子的壳层结构
第7章 原子的壳层结构
１．按周期表排列的 元素，原子序数＝核 外电子数＝质子数或 原子核的电荷数。
５．每个周期从金属 元素开始到惰性气体 为止。表中左下部大 半是金属，右上半部 分是非金属。
２．共有七个周期，每 个周期元素２、８、８、 １8、１８、３２、２8。
３．有过渡族 元素和稀土元 素。 ４．竖的称为 列或族，有８ 个主族和８个 副族。
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1.泡利不相容原理
这是一条实验规律,它的内容是:在同一个原子中,一个 被(n, ,m,ms)四个量子数表征的态中只能有一个电子；或 者说, 同一个原子中,不可能有两个或两个以上的电子处在 同一个状态；也可以说，不可能有两个或两个以上的电子 具有完全相同的四个量子数。 推Βιβλιοθήκη Baidu:1. 一个原子中,n, ,m ,ms这四个量子数完全相同 的电子只能有一个。 2.具有相同量子数n, ,m 的电子最多能有两个 ,它们的 第四个量子数ms分别为 1 。
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表
主量子数 壳层名称 最多电 子数 2n2
角量子数
各壳层可以容纳的最多电子数
1 2 K L 2 8 3 M 18 4 N 32
5
6
O
50
P
72
0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 0 12 3 4 0 1 2 3 4 5
支壳层 最多电 子数 2(2+1)
s s p s pd s p d f s p d f g s p d f g h
2. 轨道角动量量子数
３．轨道磁量子数 m =0, ±1, ±2,·· ，± ·· ·· 4. 自旋磁量子数 ms= ±1/2
代表自旋的取向，也代表自旋角 动量在某一特殊方向（例如磁场 方向）的分量。
第7章 原子的壳层结构
二、原子中电子分布所遵从的基本原理
• 1.泡利不相容原理
• 2.能量最低原理
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重点
• 玻尔对元素周期表的解释 • 电子填充壳层的原则
难点
• 原子基态电子填充壳层的顺序 • 能级交错的原因。
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§7.1原子性质的周期性变化
一、元素周期表 二、元素性质的周期性变化
第7章 原子的壳层结构
一、元素周期表
1869年俄国化学家门捷列夫经过长期的研究发现元 素的性质随着原子量的递增而发生周期性变化，他把当 时已发现的63种元素按原子量的递增顺序排成一 行，并 将性质相似的元素排在一个列中，编成了元素周期表。
2
第7章 原子的壳层结构
因为对每一个 , m可取（2 +1）个值，而对每一个m , ms 又可以取两个值。 具有相同量子数n 的电子最多有

壳层结构
n 1
2 ( 2 l 1) 2 n
2
个
l0
主壳层：我们把原子中n相同的一切电子的集合称为一个主 壳层。 子壳层： 在每一个主壳层中，具有相同角量子数的电子的集 合称为一个子壳层。
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二、元素性质的周期性变化
按周期表排列的元素，其性质出现周期性的变化： １．元素的化学性质出现周期性的变化。 ２．元素的光谱性质出现周期性的变化。 ３．元素的物理性质显示周期性的变化。
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原子体积，体胀系数和压缩系数对Z的标绘 也都显示出相仿的周期性的变化。
１．性质与原子量的递增次序有矛盾时，以元素性质为 主．如： K(钾）和Ar（氩）；Co( 钴）和Ni(镍）； Te(蹄）和I(碘）均调换了位置
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２．预言三种元素的存在，在表中留了空位，预言了 它们的性质： Ga(镓），Sc(钪）， Ge(锗）1875－1886年间被陆 续发现。后人又陆续发现了许多新元素，相继填充到 周期表中。 • 目前，最新统计结果，共发现114种元素，1994年底 是111种。这114种元素中有92种是天然存在的，其于 的是人工制造的。这些元素都被人们按照门捷列夫的 方法填在了周期表的适当位置上，构成了我们现在使 用的元素周期表。
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推论：
原子中各状态能量高低次序
（1） 原子能量的主要部 分： E n 能量越低。 （2 ）
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问 题：
１．为什么元素性质按周期表顺序会出现出现周期性的变化？
２．为什么每个周期的元素为２，８，８，１８，１８… ３．为什么有过渡族元素和稀土元素？ 这些问题都必须从原子结构去了解．只有对原子结构 有了彻底的认识，才能从本质上认识元素周期表。
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§7.2
原子的电子壳层结构
一．确定电子状态的量子数 二、原子中电子分布所遵从的基本原理
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一．确定电子状态的量子数 代表电子运动区域的大小和它 的总能量的主要部分。 一个在原子核的库仑场中运动的核外电子的状态，可用 四个量子数来确定。 代表轨道的形状和轨 １．主量子数 n=1.2.3
道角动量（按量子力 学理论，代表电子云 …… 代表轨道在空间的可能取 的形状）且也与能量 向，或轨道角动量在某一 有关。 特殊方向（例如磁场方向 =0，1，2，3 … …(n-1) 的分 量（量子力学中代表 电子云的伸展方向）。
2 2 6 2 6 10 2 6 1014 2 6 10 14 18 2 6 10 141832
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2、能量最低原理
• 原子在正常状态时，每个电子在不违背泡利不相 容原理的前提下，总是趋向占有最低能量的状态， 以使原子系统的能量具有最小值。 • 能量最低原理的补充 – (1)在同一子壳层中（相同）的电子排布 时，将首先 占据磁量子数m 不同的状态、且使自旋平行。 – (2)同一子壳层中当电子数为半满、全满、全空时能量 最低。
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第七章 原子的壳层结构 教学内容
• §7.1原子性质的周期性变化 • §7.2原子的电子壳层结构 • §7.3原子基态的电子组态
第7章 原子的壳层结构
2. 教学要求 （1）了解元素周期表的结构，掌握玻尔对元素 周期表的物理解释。 （2）掌握电子填充原子壳层的原则：泡利原理 和能量最小原理，理解并掌握原子的电子壳层 结构，能正确写出原子基态的电子组态，并求 出其基态的原子态符号。 （3）解释电子填充壳层时出现能级交错的原因。