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--电子自旋四个量子数
* 二)电子的自旋 怎样解释这一奇怪的现象呢? 美国物理学家克罗尼格(R.L.Kroning)提出电子绕自身的 轴自旋的模型,并作了一番计算.并急忙去找泡利,但遭到泡 利的强烈反对,并对他说:“你的想法很聪明,但大自然并不 喜欢它”.因泡利早就想到过这一模型,并计算出电子速度要 超过光速。所以必须放弃。 论文发表后,海森伯表示赞许,后经爱因斯坦等人的努 力,物理界普遍接受了自旋的概念,但泡利始终反对。 半年后,荷兰物理学家埃斯费斯特的两个学生乌仑贝克 和高斯密特(G.E.Uhlenbeck and S.A.Goudsmit)在不知上 述情形下,也提出了同样的想法,并写了一篇论文,请埃 斯费斯特推荐给“自然”杂志。并将论文寄出。接着又去找 洛仑兹,洛仑兹热情地接待了他们。但一周后,洛仑兹交 给他们一叠稿纸。并告诉他们,如果电子自旋,其表面速 度将超过光速,但论文已寄出,他们后悔不已。 关于电子自旋问题,量子力学中得到一的结论“ 1)电子自旋角动量S的大小: S称自旋量子数,取值仅有一个值“1 / 2” 即 2)电子自旋角动量在空间的取向是 量子化的,S在外磁场方向的投影: 称为自旋磁 量子数,它 只能取两个值: 2)电子自旋角动量在空间的取向是 量子化的,S在外磁场方向的投影: 称为自旋磁 量子数,它 只能取两个值: 注意:电子自旋只具有半整数,人们 还不能理解。总而言之是代表 电子的一种状态就是了。 三)四个量子数 在量子力学中,电子的状态通常是用四个量子 数来确定的。 三)四个量子数 1)主量子数n,n=1、2、3 ····· 电子在原子中的能量主要由n决定。 2)角量子数 (副量子数) 它决定于电子绕核运动的角动量大小 3)磁量子数m 它决定于电子绕核运动的角动量在某一方向 的分量: 4)自旋磁量子数mS 决定电子自旋角动量在某方向的分量 4)自旋磁量子数mS 决定电子自旋角动量在某方向的分量 注意:自旋为半整数(1/2、3/2、5/2···)的粒子 称作“费米子”,它服从费米--狄拉克分布及 泡利不相容原理的制约,波函数为反对称函 数如电子、轻子、核子、超子等。 自旋为整数(含零)的粒子称作“波色子” ,它服从波色--爱因斯坦统计分布,不受泡 利不相容原理的制约,波函数是对称的,如 光子、介子、引力子等。 一)原子的壳层结构 1869年门捷列夫提出了元素周期表,大体上反映了元素性质的周期性变化特性,第一个对元素周期表给予解释的是玻尔,他认为元素性质的周期性可以用原子内部电子在轨道上的排列来解释,并正确地预言了未发现的72号元素的性质.但直到1925年泡利提出了泡利不相容原理以后,人们才深刻地认识到元素的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”。 壳层---具有相同主量子数n的电子构成一个壳层 主量子数 n 壳层符号 1 K 2 L 3 M 4 N 5 O 6 P Multielectron Atomic System Shell Structure oAtoms 多电子原子系统,原子的壳层结构 壳层---具有相同主量子数n的电子构成一个壳层 主量子数 n 壳层符号 1 K 2 L 3 M 4 N 5 O 6 P 同一壳层(Shell)中的电子离核的距离大致相同 支壳层(Subshell)--按角(副)量子数 的不 同而分的壳层。 0 s 1 p 2 d 3 f 4 g 5 h 角量子数 支壳层符号 注意:对多电子的原子系统而言:能量主要由 主量子n数决定,但也与副量子数 有关 ,故一个支壳层代表了一种能量组态,因 此用主量子数与副量子数来表示一个支壳 层。如1s、2s、2p····· 壳层 n K L M N O P 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 s p d f g h 1s 2s 3s 4s 5s 6s 2p 3p 4p 5p 6p 3d 4d 5d 6d 4f 5f 6f 5g 6g 6h 壳层表: 各壳层的电子又是如何排列呢?分析表明 基态原子中的核外电子排列满足如下两个 原理: 二)两个原理: 1)泡利不相容原理(Pauli exclusion principle) 在原子系统内,不可能有两个或两个以上的 电子具有相同的状态,亦不可能具有相同的四 个量子数。 由此可知: 因对应一个量子数为n的壳层, 还有n个不同的角量子态 对应每个角量子态还有 磁量子态 此外对应每个磁量子数还 有2个自旋磁量子态。 故每个壳层最多可容纳的电子数
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