§53泡利不相容原理PPT课件

1、5.3 泡利不相容原理泡利不相容原理我们知道，电子在原子核外是在不同轨道上按一定规律排布我们知道，电子在原子核外是在不同轨道上按一定规律排布的，从而形成了元素周期表。中学阶段我们就知道，某一轨的，从而形成了元素周期表。中学阶段我们就知道，某一轨道上能够容纳的最多电子数为道上能够容纳的最多电子数为 2 2n2 2，为什么这样呢？，为什么这样呢？HeHe原子的基态电子组态是原子的基态电子组态是1s1s；在；在 耦合下，可能的原子耦合下，可能的原子态是态是 和和 ；但在能级图上，却找不到原子；但在能级图上，却找不到原子态态 ， 事实上这个态是不存在的，这又是为什么？事实上这个态是不存在的，这又是为什

2、么？19251925年，奥地利物理学家年，奥地利物理学家 Pauli 提出了不相容原理，回答了提出了不相容原理，回答了上述问题。揭示了微观粒子遵从的一个重要规律。上述问题。揭示了微观粒子遵从的一个重要规律。 SL-13)11 (Sss13)11 (Sss01)11 (Sss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状态在一个原子中，不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的状态(完完全相同的四个量子数全相同的四个量子数)。原子中的每一个状态只能容纳一个电子原子中的每一个状态只能容纳一个电子。二、确定电子状态的量子数二、确定电子状态的量子数 确定原子中电子在核外空间运动轨道的大小和

3、能量的高低。确定原子中电子在核外空间运动轨道的大小和能量的高低。一般说来，一般说来，n大，能量大，能量高，轨道半径高，轨道半径大。大。2轨道角量子数轨道角量子数 l 决定电子轨道的形状和角动量的大小，同时也与能量有关。决定电子轨道的形状和角动量的大小，同时也与能量有关。 n 相同时，相同时，l 大，能量大，能量高。高。共共 个。个。3轨道磁量子数轨道磁量子数 表示轨道角动量在外场方向的投影：表示轨道角动量在外场方向的投影：lm2hmLlzlml , , 2 , 1 , 012 l4自旋磁量子数自旋磁量子数表示自旋角动量在外场方向的投影：表示自旋角动量在外场方向的投影： ，共，共2个。个。2hm

4、Ssz2/1sm(n，l， ， )lmsmPauli 原理更一般的描述是，在费米子（自旋为半整数的粒子）组成的系原理更一般的描述是，在费米子（自旋为半整数的粒子）组成的系统中不能有两个或多个粒子处于完全相同的状态统中不能有两个或多个粒子处于完全相同的状态1主量子数主量子数n 一、一、 Pauli 不相容原理不相容原理HeHe原子的基态原子的基态 HeHe原子基态的电子组态是原子基态的电子组态是1 1s1 1s，按，按 耦合，可能的原子态是耦合，可能的原子态是 和和 , ,一般来说，同一电子组态形成的原子态中，一般来说，同一电子组态形成的原子态中，三重态能级低于单态能级，三重态三重态能级低于单态

5、能级，三重态 S =1=1，两个电子的自旋可以是，两个电子的自旋可以是同向的。同向的。SL13)11(Sss)2/1(21ssmm而对于而对于 态，态，S =1 =1 要求要求 或或 即即 S1 1和和S2 2是同向是同向的。可是它已经违反了的。可是它已经违反了Pauli不相容原理。所以这个状态是不存在的。不相容原理。所以这个状态是不存在的。0 , 0 , 1212121llmmllnn13)11 (Sss三、三、 Pauli 原理的应用原理的应用01)11(Sss, 2/1 21ssmm, 2/1 21ssmm同科电子形成的原子态同科电子形成的原子态定义：定义： n 和和 l 两个量子数相同

6、的电子称为同科电子两个量子数相同的电子称为同科电子, ,表表示为示为 。n 是主量子数是主量子数, , l 是角量子数，是角量子数，m 是同科电子的个数；例是同科电子的个数；例如如 : : 同科电子形成的原子态比非同科有相同同科电子形成的原子态比非同科有相同 l 值的电子形成值的电子形成的原子态要少。例如的原子态要少。例如 形成的原子态为形成的原子态为 ，而非，而非同科情况下，同科情况下，1 1s2 2s形成的原子态为形成的原子态为 。mnl22222 ;111pppsss012)1 (Ss1301)21 ( ,)21 (SssSss四、四、同科电子同科电子21s5.4 复杂原子光谱的一般规律

7、复杂原子光谱的一般规律一、光谱和能级的位移律一、光谱和能级的位移律具有原子序数具有原子序数 Z 的中性原子的光谱和能级的中性原子的光谱和能级 ，同具有原子序数，同具有原子序数 Z+1 的的原子的一次电离后的光谱和能级很相似。例如原子的一次电离后的光谱和能级很相似。例如H 同同 He+, He 同同 Li+ 的的光谱和能级结构类似。光谱和能级结构类似。二、多重性的交替律二、多重性的交替律元素周期表顺序的元素交替地具有偶数和奇数的多重态。元素周期表顺序的元素交替地具有偶数和奇数的多重态。19K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Ca单一单一单一单一单一单一单一

8、单一单一单一双重双重双重双重双重双重双重双重双重双重双重双重三重三重三重三重三重三重三重三重三重三重四重四重四重四重四重四重四重四重四重四重五重五重五重五重五重五重五重五重六重六重六重六重六重六重七重七重七重七重八重八重交替的多重态交替的多重态三、三个或三个以上价电子的原子态的推导三、三个或三个以上价电子的原子态的推导LS耦合耦合321,lll321,sss21llpL21sspS3lLpL3sSpS洪特定则洪特定则朗德间隔定则朗德间隔定则能级的正常次序和倒转次序能级的正常次序和倒转次序次壳层满额的半数以上的电子（但还没有满）构成的能级一般具次壳层满额的半数以上的电子（但还没有满）构成的能级一

9、般具有倒转次序；少于满额半数的电子构成的能级一般具有正常次序。有倒转次序；少于满额半数的电子构成的能级一般具有正常次序。1. 1. 拉波特（拉波特（ Laporte ）定则）定则: :电子的跃迁只能发生在不同宇称的电子的跃迁只能发生在不同宇称的状态间状态间, ,只能是偶性到奇性或奇性到偶性只能是偶性到奇性或奇性到偶性. . 在前几章的学习中，我们就看到：一个价电子的原子，在不同在前几章的学习中，我们就看到：一个价电子的原子，在不同能级间跃迁是受一定的选择定则制约的能级间跃迁是受一定的选择定则制约的. .对对 l 和和 j 的要求是，跃的要求是，跃迁后迁后这就使得有些能级的跃迁是可能的，而有些跃

10、迁又是不可能的。这就使得有些能级的跃迁是可能的，而有些跃迁又是不可能的。1 , 0 , 1jl5.5 辐射跃迁的普用选择定则辐射跃迁的普用选择定则一、单价电子的原子一、单价电子的原子多电子原子的情形下，一种电子组态对应多种原子态。总体来说，多电子原子的情形下，一种电子组态对应多种原子态。总体来说，这时的选择定则由两部分构成；一是判定哪些电子组态间可以发这时的选择定则由两部分构成；一是判定哪些电子组态间可以发生跃迁；如果可以，那么又有哪些能级间可以发生跃迁。生跃迁；如果可以，那么又有哪些能级间可以发生跃迁。二、多电子的原子二、多电子的原子Odd Even iill(1) 不过我们知道，形成光谱的跃迁只发生在价电子上，跃迁前后内不过我们知道，形成光谱的跃迁只发生在价电子上，跃迁前后内层电子的层电子的 值并不改变。因此判定跃迁能否发生只要看价电子的值并不改变。因此判定跃迁能否发生只要看价电子的 值加起来是否满足（值加起来是否满足（1 1）式即可。）式即可。 对于一个价电子的情形，对于一个价电子的情形， 在奇偶数之间变化即可。对于两个价在奇偶数之间变化即可。对于两个价电子的情形，电子的情形， 在奇偶数之间变化即可，在奇偶数之间变化即可，Laporte 定则使得同定则使得同一种电子组态形成的各