第三节不相容原理.ppt

第三节：泡利不相容原理 * 第四节：原子的壳层结构 1925年，奥地利物理学家Pauli 提出了不相容原理，揭示了微观粒子遵从的一个重要规律。 第三节：泡利原理 一、泡利不相容原理的叙述及其应用 1．描述电子运动状态的量子数 主量子数n：n=1,2,3……，在玻尔理论中决定了电子的运动轨道和能量。 轨道磁量子数ml：ml=0,±1…±l ，描述轨道角动量 的取向 自旋量子数s：s=1/2,不能区别电子的状态。 自旋磁量子数ms：ms=±1/2,描述自旋运动的取向。 轨道角量子数l：描述轨道角动量的大小。 2、玻尔的电子分布设想 原子中电子的状态和元素性质的周期性有怎样的联系呢？玻尔认为：元素性质的周期性源于原子内电子排列的周期性。 设想内容：（1）原子内电子排列成若干壳层，同一壳层的电子具有相同的n （2）每一壳层可以容纳一定数目的电子。 3、 泡利不相容原理（1925年） 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四个量子数（ ），即原子中的每一个状态只能容纳一个电子。 4、泡利不相容原理的物理意义 1）是微观粒子运动的基本规律之一。 2）可以解释原子内部电子分布的状况和元素周期律。 泡利不相容原理所反映的这种严格的排斥性的物理本质是什么？至今仍是未完全揭开之谜。 5、适用范围 只适用于费米子 6、泡利不相容原理的应用举例 （1）氦原子的基态 （2）原子的大小 旧量子论的解释：所有的电子都处在能量最低的基态，原子序数大，原子半径小。（见书221） 不相容原理的解释：每个轨道上只能容纳一定数目的电子，因此各原子线度基本相同。 （3）金属中的电子 见书221 1、定义：同科电子是指n、l 相同的电子。 说明：同科电子形成的原子态比非同科电子形成的原子态少。 例：1s1s 组态和 1s2s 组态不同。 1s1s 1s2s 2、两个 p 态同科电子形成的原子态。 n 不同（非同科）情况形成的原子态 L S = 0 S = 1 0 1 2 二、同科（等效）电子合成原子态 第四节：元素性质的周期变化（见书226） 1869年，门捷列夫首先提出元素周期表（按原子量的次序排列），反映元素性质的周期性变化。 玻尔是第一个给予周期表物理解释，（1916 ~ 1918年）把元素按电子组态的周期性排列成表。 1925年泡利提出不相容原理后，才比较深刻地理解到，元素的周期性是电子组态周期性的反映。从而用物理知识解释了化学问题。 一、 原子中电子壳层结构 决定电子所处状态的准则 （1）泡利不相容原理；（每状态允许容纳的电子数） （2）能量最小原理（体系能量最低时，体系最稳定）. 1、壳层的定义： 主量子数 n 决定电子能量的主要部分， n相同的电子构成了一个壳层。 原子中按能量分成许多壳层和支壳层 2、支壳层的定义：同一壳层中不同的 l 形成支壳层。 3、支壳层 l 最多电子数（表见书232） 4、壳层 n 最多电子数 各壳层可以容纳的最多电子数 5、满（支）壳层（又称闭合壳层） 定义：当（支）壳层上的电子数等于所能容纳的电子数目时，称为满（支）壳层。 特点：（1）满（支）壳层电子的磁量子数为 （2）满（支）壳层电子的各种角量子数为零。因此，满壳层的电子各种角动量为零，原子的角动量由未满壳层的电子所贡献。 决定壳层次序的是能量最小原理。（电子填充的次序决定于哪个壳层能量最低） 主量子数 n ：一般情况由小 大见书233 三、壳层的能量次序 经验规律1：n+l相同时，先填n小的； n+l不相同时，若n相同，则先填l小的，若n不同，则先填n大的壳层。见书235 经验规律2：电子大致按（n+0.7l）值的大小依次填充到各支壳层中。 4f 5f 3d 4d 5d 2p 3p 4p 5p 6p 1s 2s 3s 4s 5s 6s 壳层和次壳层填充次序的经验规律 *