第三节不相容原理..ppt

第三节：泡利不相容原理,第四节：原子的壳层结构,1925年，奥地利物理学家Pauli提出了不相容原理，揭示了微观粒子遵从的一个重要规律。,第三节：泡利原理,一、泡利不相容原理的叙述及其应用,1描述电子运动状态的量子数,主量子数n：n=1,2,3，在玻尔理论中决定了电子的运动轨道和能量。,轨道磁量子数ml：ml=0,1l，描述轨道角动量的取向,自旋量子数s：s=1/2,不能区别电子的状态。,自旋磁量子数ms：ms=1/2,描述自旋运动的取向。,轨道角量子数l：描述轨道角动量的大小。,2、玻尔的电子分布设想,原子中电子的状态和元素性质的周期性有怎样的联系呢？玻尔认为：元素性质的周期性源于原子内电子排列的周期性。,设想内容：（1）原子内电子排列成若干壳层，同一壳层的电子具有相同的n（2）每一壳层可以容纳一定数目的电子。,4、泡利不相容原理的物理意义,1）是微观粒子运动的基本规律之一。,2）可以解释原子内部电子分布的状况和元素周期律。,泡利不相容原理所反映的这种严格的排斥性的物理本质是什么？至今仍是未完全揭开之谜。,5、适用范围只适用于费米子,6、泡利不相容原理的应用举例,（1）氦原子的基态,（2）原子的大小,旧量子论的解释：所有的电子都处在能量最低的基态，原子序数大，原子半径小。（见书221）,不相容原理的解释：每个轨道上只能容纳一定数目的电子，因此各原子线度基本相同。,（3）金属中的电子见书221,1、定义：同科电子是指n、l相同的电子。,说明：同科电子形成的原子态比非同科电子形成的原子态少。,例：1s1s组态和1s2s组态不同。,1s1s,1s2s,2、两个p态同科电子形成的原子态。,二、同科（等效）电子合成原子态,第四节：元素性质的周期变化（见书226）,1869年，门捷列夫首先提出元素周期表（按原子量的次序排列），反映元素性质的周期性变化。玻尔是第一个给予周期表物理解释，（19161918年）把元素按电子组态的周期性排列成表。,1925年泡利提出不相容原理后，才比较深刻地理解到，元素的周期性是电子组态周期性的反映。从而用物理知识解释了化学问题。,一、原子中电子壳层结构,1、壳层的定义：主量子数n决定电子能量的主要部分，n相同的电子构成了一个壳层。,原子中按能量分成许多壳层和支壳层,2、支壳层的定义：同一壳层中不同的l形成支壳层。,3、支壳层l最多电子数（表见书232）,4、壳层n最多电子数,5、满（支）壳层（又称闭合壳层）,定义：当（支）壳层上的电子数等于所能容纳的电子数目时，称为满（支）壳层。,特点：（1）满（支）壳层电子的磁量子数为,（2）满（支）壳层电子的各种角量子数为零。因此，满壳层的电子各种角动量为零，原子的角动量由未满壳层的电子所贡献。,决定壳层次序的是能量最小原理。（电子填充的次序决定于哪个壳层能量最低）,三、壳层的能量次序,经验规律1：n+l相同时，先填n小的；n+l不相同时，若n相同，则先填l小的，若n不同，则先填n大的壳层。见书235,经验规律2：电子大致按（n+0.7l）值的大小依次填充到各支壳层中。,四、原子基态,已知壳层的能量顺序，电子组态则可以确定。电子组态形成的原子态对应的能级结构顺序有两条规律可循：,洪特定则：1.同一电子组态形成的一组原子态中，（1）重数最高的，即S值最大的能级位置最低；（2）具有相同S值的能级中，具有最大L值的位置最低。,2.对于同科电子，即同nl，不同J值的诸能级顺序是（1）当同科电子数闭壳层电子占有数一半时，以最小J值（|LS|）的能级为最低，称正常次序。（2）同科电子数闭层占有数的一半时，以最大J（L+S）的能级为最低，称倒转次序。举例,原子基态一些基本规律,2、满（支）壳层外只有一个价电子（组态（nl）的原子，其基态由这个电子决定,1、满（支）壳层的原子基态谱项均为,3、x为最外层电子数，当时，原子的基态比为S态，原子的自旋角量子数为基态谱项为,4、N为满支壳层的电子数，电子组态分别为和的两个原子的基态具有相同