大学物理学教程（第二版）下册：16-8 多电子原子中电子分布

1、物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 * * 16 8 16 8 多电子原子中电子分布多电子原子中电子分布 问问: 当原子中具有两个以上的电子时当原子中具有两个以上的电子时 , 电子在原电子在原 子中是如何分布的呢子中是如何分布的呢 ? 一一 四个量子数四个量子数 1 能量量子化和主量子数能量量子化和主量子数 主主量子数量子数 , 3 ,2, 1n 2 角动量量子化和角量子数角动量量子化和角量子数 轨道轨道角角量子数量子数 ) 1( , 2 , 1 , 0nl 氢原子的能量氢原子的能量 ) 8 ( 1 22 0 4 2 n h me n E 电子轨道角

2、动量电子轨道角动量 2 ) 1( h llL 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 * * 16 8 16 8 多电子原子中电子分布多电子原子中电子分布 zzz 空间量子化空间量子化 3 空间量子化和磁量子数空间量子化和磁量子数 轨道角动量轨道角动量磁磁量子数量子数 lm l ,2, 1,02 h mL lz 某特定某特定 方向分量方向分量 L 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 * * 16 8 16 8 多电子原子中电子分布多电子原子中电子分布 塞曼效应实验装置塞曼效应实验装置 1896年荷兰物理学家年荷

3、兰物理学家 塞曼发现在强磁场中，原塞曼发现在强磁场中，原 子的光谱线发生分裂现象子的光谱线发生分裂现象. 钙原子的谱线分裂钙原子的谱线分裂 无无磁场磁场有有磁场磁场 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 * * 16 8 16 8 多电子原子中电子分布多电子原子中电子分布 塞曼效应的观察塞曼效应的观察 钠主线系的双线钠主线系的双线 反常花样反常花样 L L 锌的单线锌的单线 正常三重线正常三重线 L LL L 洛伦兹单位洛伦兹单位 mc Be L 4 问问：塞曼效应产生的原因：塞曼效应产生的原因 是什么呢是什么呢？ 物理学教程物理学教程 （第二版）（第

4、二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 * * 16 8 16 8 多电子原子中电子分布多电子原子中电子分布 4 电子的自旋电子的自旋 自旋磁量子数自旋磁量子数 s 24 3 h 24 3 h 22 1 h 22 1 h z 电子自旋在电子自旋在z轴上分量量子化轴上分量量子化 电子自旋角动量（电子的基本属性，无经典对应）电子自旋角动量（电子的基本属性，无经典对应） 自旋自旋量子数量子数21s 自旋自旋磁磁量子数量子数 2 1 s m 2 h mS sz 2 ) 1( h ssS 自旋角动量量子化自旋角动量量子化 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理

5、 * * 16 8 16 8 多电子原子中电子分布多电子原子中电子分布 史特恩史特恩 盖拉赫实验盖拉赫实验 1921年斯年斯特恩和盖特恩和盖 拉赫首先发现类氢元素拉赫首先发现类氢元素 锂原子射线束经过非均锂原子射线束经过非均 匀磁场后分成对称的两匀磁场后分成对称的两 束（银、铜等原子也有束（银、铜等原子也有 此现象）此现象）. . 根据量子力根据量子力 学理论学理论, , 其原因与电子其原因与电子 的自旋有关的自旋有关. . S 屏屏 有有磁场磁场 无无磁场磁场 非均匀非均匀 磁场磁场 原子源原子源 狭缝狭缝 N 实实 验验 装装 置置 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十

6、六章 量子物理量子物理 * * 16 8 16 8 多电子原子中电子分布多电子原子中电子分布 原子序数原子序数: : 原子中电子数目（原子核电荷数）原子中电子数目（原子核电荷数）. . 18691869年，门捷列夫首先提出元素周期表（按原子年，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量的次序排列），反映元素性质的周期性变化. . 玻尔第一个给予周期表物理解释玻尔第一个给予周期表物理解释, ,（1916191619181918 年）把元素按电子组态的周期性排列成表年）把元素按电子组态的周期性排列成表. . 19251925年泡利提出不相容原理后，才比较深刻地理

7、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解到，元素的周期性是电子组态周期性的反映. . 而电而电 子组态的周期性与特定轨道的可容性相联系子组态的周期性与特定轨道的可容性相联系. . 二二 多电子原子中电子的分布多电子原子中电子的分布 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 * * 16 8 16 8 多电子原子中电子分布多电子原子中电子分布 不变不变 泡利不想容原理泡利不想容原理（1925年年） 在一个原子中，不可能有两个在一个原子中，不可能有两个 或两个以上的电子具有完全相同的或两个以上的电子具有完全相同的 四个

8、量子数（四个量子数（ ），）， 即原子中的每一个状态只能容纳一即原子中的每一个状态只能容纳一 个电子个电子. . sl mmln, ),( sl mmsln 轨道取向轨道取向 量子数量子数 自旋取向自旋取向 量子数量子数 ),( sl mmln 描述电子描述电子 运动状态的量运动状态的量 子数子数 泡利（泡利（W. Pauli, 1900-1959） 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 * * 16 8 16 8 多电子原子中电子分布多电子原子中电子分布 决定电子所处状态的决定电子所处状态的准则准则 （1）泡利不相容原理（每状态允许容纳的电子数）；泡

9、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）能量最小原理（体系能量最低时，体系最稳定）. 主主量子数量子数 n : : 决定电子能量的决定电子能量的主要主要部分，相同部分，相同 n 的电子在同一壳层的电子在同一壳层. . 电子按电子按能量能量分成许多分成许多壳层壳层，能量相同的电子可，能量相同的电子可 视为分布在同一壳层视为分布在同一壳层. 角角量子数量子数 l ：同一壳层中同一壳层中 l = 0，1， ，（n-1），）， 不同的不同的 l 形成形成分分壳层壳层. 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 *

10、* 16 8 16 8 多电子原子中电子分布多电子原子中电子分布 )12(2lN l 分分壳层壳层 l 最多电子数最多电子数 2 1 0 2) 12(2nlN n l n 壳层壳层 n 最多电子数最多电子数 原子壳层和分壳层中原子壳层和分壳层中最多最多可能容纳的电子数可能容纳的电子数 l 0 1 2 3 4 5 6 s p d f g h I n 1 2 3 4 5 6 7 K L M N O P Q 2(1s) 2(2s) 2(3s) 2(4s) 2(5s) 2(6s) 2(7s) 6(2p) 6(3p) 6(4p) 6(5p) 6(6p) 6(7p) 10(3d) 10(4d) 10(5d

11、) 10(6d) 10(7d) 14(4f) 14(5f) 14(6f) 14(7f) 18(5g) 18(6g) 18(7g) 22(6h) 22(7h) 26(7i) 2 8 18 32 50 72 98 )2( 2 nZn 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 * * 16 8 16 8 多电子原子中电子分布多电子原子中电子分布 原原 子子 结结 构构 示示 意意 图图 价电子：最外层的电子，它决定原子的化学性质价电子：最外层的电子，它决定原子的化学性质. 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 * * 16 8 16 8 多电子原子中电子分布多电子原子中电子分布 决定壳层决定壳层次序次序 的是的是能量最小能量最小原理原理. （电子填充的次序（电子填充的次序 决定于哪个壳层能决定于哪个壳层能 量最低量最低.）