§16.7～8 四个量子数 原子的电子壳层结构.ppt

1、取离散值,S,N,S,N,一. 斯特恩革拉赫实验(1921年）,16.7 电子自旋 四个量子数,Ag原子蒸汽,1,F 取分立的值,分立的沉积线,Z 取分立的值, 空间量子化,S,N,2,原子沉积线条数应为奇数（2l+1 ），而不应是两条。,基态 Ag 原子的磁矩等于最外层价电子的磁矩，,其 Z 取（2l+1 ）个值，,则 F 可取（2l+1 ）个值，,S,N,空间量子化的理论无法解释！,3,对 H、Li、Na、K、Cu、Ag、Au等原子都观察到两个取向。,人们得到启示：若要 2l+1为偶数， 只有 l 为半整数，而轨道角动量量子数是不可能为半整数的。,4,1925年两位不到25岁的荷兰学生，乌

2、仑贝克和高兹米特根据一系列实验事实提出了大胆的假设：电子不是点电荷，它除有轨道角动量外，还有自旋运动。,提出电子象一个陀螺，能绕自身轴旋转。这似乎无创造性可言（地球就既有公转又有自转）。但提出任何电子都具有相同的角动量，且它们在 z 方向的投影只取两个数值，这对于经典物理是无法接受的。,乌仑贝克和高兹米特的假设一开始就遭到很多人的反对（包括当时已闻名的泡利），以致使乌仑贝克和高兹米特想把已写好的文章收回。但是，他们的导师已把稿子寄出发表，并说：“你们还年青，有些荒唐没关系”。后来的事实证明，电子自旋的概念是微观物理学最重要的概念。,5,例如对于钠：,ms,+1/2,-1/2,碱金属的双线实验也

3、是促使乌仑贝克和古 兹米特提出电子自旋假设的根据之一。,3P3/2,3P1/2,（l =0，无自旋轨道 耦合，能级不分裂）,6,电子自旋角动量大小,S 在外磁场方向的投影,s 自旋量子数 (1/2),电子自旋角动量在 外磁场中的取向,自旋磁量子数 ms 取值个数为,二. 电子自旋,ms = 1/2,2s +1= 2,则 s = 1/2 ，,7,三. 五个量子数,（表征电子的运动状态）,1.主量子数 n ( 1 , 2 , 3, ),2. 副（角）量子数 l ( 0，1，2，. , n -1 ),3. 磁量子数 ml ( 0，1， 2，. , l ),总体上决定了电子能量,决定电子的轨道角动量大

4、小，对能量也有稍许影响。,决定电子轨道角动量空间取向，引起磁场中的能级分裂。,8,.自旋磁量子数 ms ( 1/2 , -1/2 ),决定电子自旋角动量空间取向，产生能级精细结构。,4.自旋量子数 s ( 1/2 ),决定电子的自旋角动量大小，对能量影响很小。,全面描写一个电子的运动状态需要 5 个量子数： n, l, ml , s, ms,9,1869年门捷列夫提出了元素周期表,大体反映了元素性质的周期性变化特性。玻尔第一个对元素周期表给予解释，他用原子内部电子在轨道上的排列来解释元素性质的周期性，并预言了未发现的72号元素的性质。但直到1925年泡利提出泡利不相容原理后，人们才深刻认识到元

5、素物理性质的周期性变化来源于电子组态的周期性变化或电子的“壳层结构”。,10,一.泡利不相容原理 (1925年),在一个原子中, 不能有两个或两个以上的电子处在完全相同的量子态 ，即它们不能具有一组完全相同的量子数（ n， l ，ml ， ms ）。,容纳电子的最大数目,16.8 原子的电子壳层结构,11,原子处于正常状态时，每个电子都趋向占据可能的最低能级,二.能量最小原理,能级高低,12,3d3p3s,2p2s,1s,n = 1,n = 2,n = 3,经验规律：,( n + 0.7l ) 大E大,E 3，2 (3d 态) E 4，0 (4 s态),例如：,13,在同一主壳层中, 越小,能

6、级越低!,主量子数 越小, 能级越低, 先被填充!,例1 碳原子（Z = 6）基态的电子组态是:,例2 氩原子（Z = 18）基态的电子组态是:,例 在原子的L壳层中, 电子可能具有的四个量子数是,14,可组合出十个选项,15,4s 能级 低于 3d 能级,D = n + 0.7 l,部分原子的电子排列,16,一. 量子物理和经典物理的关系,量子物理,经典物理,波动光学,几何光学,二. 关于量子力学的争论,哥本哈根学派： 玻尔、海森伯、玻恩、泡利等,反哥本哈根学派： 爱因斯坦、德布罗意、薛定谔等,量子力学小结,17,哥本哈根学派的观点是：, 波粒二象性是互补的（互补原理），波, 量子力学是统计

7、的理论。, 量子力学现有的形式和它的解释是完备的。,动性、粒子性不会出现在同一时空中。,粒子波动性的表现，原则上不可避免。,不确定关系是,18,反对哥本哈根学派的观点是：, 波、粒间的统计解释只对大量粒子系, 量子力学现有体系并不完备，, 反对“不确定关系”。,“上帝是不会执骰子的”。,一步探索波、粒统一的本质。,应进,统有意义，,19,1930年第六届索尔维国际会议上爱因斯坦和,爱因斯坦提出了“光盒子”的思想实验：,开门时间 t 可准确控制，,辐射出的能量 E可由盒子上移 x而精确定出。, t 和 E 的测量互不干扰，可以做到 ：,玻尔就不确定关系展开了争论。,（ E= mc2， m可由,x 定出）,20,爱因斯坦和玻尔两人争论后正陷入沉思之中,21,玻尔等指出，根据广义相对论，时间和引力,到目前为止，争论仍在进行。,“目前只能讨论概率。,但是爱因斯坦仍然认为量子力学的统计理论,费曼（1965，Nob）在他的讲义中写道：,由此可得出,虽然是目前，,但非常可,非常可能永远无法解决这个疑难，,非常可能自然界就是如此。”,能永远如此，,应是相关的，,只是一种权宜之计，并非最终的理论。,22,“在我看来，很显然，我们还没有量子力学的基本定律。我们现在正在使用的定律需要作重要的修改，只有这样，才能使我们具有相对论性的理论。非常可能，从现在的量子力学到将来的相对论性量子力学的修改，会