VI.多电子原子泡利原理.ppt

VI. 多电子原子：泡利原理 多电子原子中电子的分布 多电子原子状态——原子态 同科电子形成的原子态 泡利不相容原理的其他应用 原子态的验证——氦的光谱和能级 元素周期表 亚壳层能级顺序及交叉 等电子体系莫塞莱公式 多电子原子中电子的填充次序 主壳层和亚壳层排布的电子数 原子稳定性（电离能）解释 原子稳定性举例说明 多电子原子状态—原子态 两个P电子形成原子态的比较 同科电子形成的原子态 原子态跃迁选择定则 跃迁的选择定则： L-S耦合： ΔS=0 ΔL=0,±1 ΔJ=0,±1 (J=0-J’=0除外) J-J耦合： Δ j= 0,±1 ΔJ=0,±1 (J=0-J’=0除外) 适用范围 泡利不相容原理的其他应用 氦原子的基态 原子的大小 金属中的电子 原子核内独立核子运动 核子内有色夸克 氦的光谱和能级 氦原子的能级标记： 氦的光谱和能级 氦原子光谱的特点： 两套能级：单层和多层（跃迁选择定则限制） 存在几个亚稳态 基态与激发态间能量相差很大，电离能最大 三层结构能级中没有来自(1s)2的能级 （同科电子受到泡利原理限制） 等电子体系莫塞莱公式(类钾） 等电子体系莫塞莱图的解释 * * 返回 单电子近似法 认为被研究电子在原子实提供的中心势场中运动， 被研究电子与原子实之间作用势为 考虑到L-S耦合，能量 可表示成Enlj 波函数表示成 1个电子状态由四个量子数决定 1) 主 量 子 数 n , n = 1, 2, 3, … 2) 轨道角量子数 l , l = 0, 1, 2, …, ( n – 1 ) 3) 轨道磁量子数 ml , m l = 0, ?1, ? 2, …, ? l 4)自旋磁量子数 ms , m s = ? 1/2 大体上决定原子中的电子的能量 决定电子的轨道角动量, 对能量也有影响 决定轨道角动量的空间取向 决定电子自旋角动量空间取向 单电子原子状态取决于该电子的状态，多电子原子状态取决于所有电子的状态，电离能是原子状态的直接反映。 电离能 原子的电离能即从原子中电离出一个电子，外界所需提供的能量，是原子状态的直接反映。 当原子序数（即核电荷数）Z=2,10,18,36,54,…时电离能最大，而与之紧邻的原子Z=3,11,19,37,55等电离能最小。 为什么 多电子原子中电子的填充 电子的状态用一组量子数n , l , m l , ms来表征，四个量子数的不同组合代表不同的量子态。原子中有大量的量子态，电子如何来填充这样的量子态？ 一个多电子原子系统中，不可能有两个或两个以上的电子具有相同的状态, 即不能有两个电子具有相同的 n , l , m l , ms 1)泡利不相容原理：在一个体系中，不可能有两个或两个 以上的费米子处于相同的量子态 2)能量最小原理 不受外界扰动的情况下，原子总是处于基态，这时电子所处的状态总是使原子能量最低。 经验公式: ( n + 0.7 l ) 该值越大，能级越高。 按照这两个原理，原子中每一个由一组量子数（ n , l , m l , ms确定的量子态只允许一个电子占据，而且电子抢先占据能量最低的状态。什么是能量最低的状态？ 对于单电子原子和离子，能级由n, l，j决定，前面已经讨论。 对于多电子原子，能级顺序为： 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f,6d,7p,…。 每主壳排n亚壳，45度斜连接优先无空缺 原子的壳层结构 n = 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , …. 主量子数 n 相同的电子属于同一主壳层 K , L , M , N , O , P , …. 同一壳层中( n 相同)，l 相同的电子组成同一亚壳层或分壳层 s , p , d , f , … l = 0，1 , 2 , 3 , … 根据泡利不相容原理：一个多电子原子系统中，不可能有两个或两个 以上的电子具有相同的状态, 即不能有两个电子具有相同的 n , l , m l , ms 一个量子态：n , l , m l , ms上只能有一个电子 每个主壳层所可能容纳的电子数： 每一亚壳层所可能容纳的电子数： Nl=2（2l+1）。 (1916 , W.Kossel ) 能量最小原理如何保证？ 电子的填充与原子稳定性之间是什么关系？ 一般来说，每一主壳层开始填充之前所对应的原子状态最稳定，电离能最大，每一主壳层刚填充一个电子时原子状态最不稳定，电离能最小。 例如：He，1