第17章.量子力学基础概述.ppt

史特恩-盖拉赫实验中出现偶数分裂的事实启示人们，电子的轨道运动似乎不是全部的运动。换句话说， 轨道磁矩应该只是原子总磁矩的一部分，那另一部分的运动是什么呢？ 相应的磁矩又是什么呢？ 应当指出，电子的自旋是一种量子力学效应，不是机械的自转。 用量子力学理论可以证明，电子自旋角动量为 (17-51) 自旋角动量在任意方向(例如z轴正向)的分量Sz满足下面的量子化条件： (17-52) 自旋磁量子数: z 0 ? (1)主量子数：n=1,2,3,…。 它大体上决定了原子中电子的能量。 (2)角量子数：l=0,1,2,…,(n-1)。 它决定电子绕核运动的角动量的大小。一般说来,处于同一主量子数n,而不同角量子数l的状态中的各个电子,其能量稍有不同。 (3)磁量子数：ml=0,±1,±2,…,±l。 它决定电子角动量z分量Lz的量子化，即空间量子化。 它决定电子自旋角动量的z分量Sz的量子化, 也影响原子在外磁场中的能量。 (4)自旋磁量子数： 。 总结起来, 原子中电子的运动状态应由四个量子数决定。 除了氢原子以及类氢离子以外,其他元素的原子核外都有两个或两个以上的电子。要从解薛定谔方程求出描写电子运动的波函数和能级是非常复杂和困难的。在量子力学中常采用近似的计算方法。 可以证明,原子核外电子的运动状态仍由四个量子数来确定。 ?原子的壳层结构： 1916年柯塞尔(W.Kossel)对多电子原子系统提出了壳层结构学说： 主量子数n相同的电子分布在同一壳层上。 n= 1, 2, 3, 4， 5, 6 …… K, L, M, N, O, P …... §17.9 原子的壳层结构 l=0, 1, 2, 3, 4 ...… s, p, d, f, g …… 如：n=3, l=0, 1, 2…分别称为3s态, 3p态, 3d态… 主量子数n愈小其相应的能级愈低。在同一壳层中,角量子数l愈小,其相应的能级愈低。 多电子原子系统中,核外电子在不同的壳层上的分布还要遵从下面两条基本原理： 1.泡利不相容原理 一个原子系统内，不能有两个或两个以上电子具有完全相同的量子态(n ,l ,ml ,ms)。 利用泡利不相容原理可以计算各个壳层中可能占有的最多电子数。 主量子数n相同而角量子数l不同的电子分布在不同的分壳层或支壳层上。 对给定的一个n, l=0,1,2,…,(n-1) , 共n个值； ml=0,±1,±2,…,±l，共(2l+1)个值； 共2个值; (2l+1) 2 =2n2 所以各壳层能容纳的最多电子数为 n= 1, 2, 3, 4， 5, …… K L M N O …… 最多电子数： 2 8 18 32 50 …... 量子态数为 对给定的一个l的分壳层, ml=0,±1,±2,…,±l，共(2l+1)个值； 共2个值; 量子态数为 2(2l+1) 所以各分壳层能容纳的最多电子数为 l= 0, 1, 2, 3, 4 …… s p d f g …… 最多电子数： 2 6 10 14 18 …… 2.能量最小原理 原子系统处在正常状态时,每个电子总是尽可能占有最低的能级。 电子在各壳层、分壳层的填充由左向右： n= 1 2 3 4 …… K L M N …… 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p64d104f14 …... 例题17-