原子物理学第7章原子壳层结构

1、编辑ppt第七章第七章 原子的壳层结构原子的壳层结构第一节第一节 元素性质的周期性变化元素性质的周期性变化一、元素周期表概况一、元素周期表概况1、元素顺序、元素顺序（1869年）年）（1）最初）最初按原子量排列按原子量排列：不完善：不完善039m939mKA19r18.658m958mNC28io27.9126m6127mIT53e52.（2）后来）后来按原子序数排列按原子序数排列：完善，性质呈周期性：完善，性质呈周期性2、元素数目、元素数目最初：最初：63种；种；现在：现在：119种种；二、元素性质的周期性二、元素性质的周期性1、化学性质呈周期性、化学性质呈周期性2、物理性质呈周期性、物理性

2、质呈周期性（1）光谱结构呈周期性：同竖行中的元素光谱结构相似）光谱结构呈周期性：同竖行中的元素光谱结构相似（2）电离能呈周期性）电离能呈周期性（3）其他物理性质呈周期性）其他物理性质呈周期性(原子体积等）原子体积等）192自然界，自然界，93119人工人工（宏观性质）（宏观性质）编辑ppt编辑ppt第二节第二节 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构宏观性质周期性宏观性质周期性 微观周期性微观周期性一、描述一个电子状态的量子数一、描述一个电子状态的量子数),(slmmln1、强磁场下、强磁场下2、弱磁场下、弱磁场下),(jmjln电子状态排列周期性电子状态排列周期性强磁场下，电子的轨道运动和自旋

3、运动分别强磁场下，电子的轨道运动和自旋运动分别对外磁场取向量子化。对外磁场取向量子化。弱磁场下，电子自旋与轨道运动角动量耦合，弱磁场下，电子自旋与轨道运动角动量耦合，形成总角动量，在外磁场中取向量子化形成总角动量，在外磁场中取向量子化编辑pptfdps1n3210l,二、电子的壳层分布二、电子的壳层分布主壳层主壳层具有相同具有相同n的那些状态上的电子构成一主壳层。的那些状态上的电子构成一主壳层。n= 1, 2, 3, 4 K, L, M, N次壳层次壳层 n l 相同的那些状态的电子构成一次壳层。相同的那些状态的电子构成一次壳层。一个主壳层中含一个主壳层中含n个支壳层。个支壳层。编辑ppt2(

4、21)lNlnnl同一个 值，有 个 值1022(21)213521)2nnlNlnn （21lllm同一个 值，有个1,22sm 个值),(slmmln编辑ppt2、弱磁场下、弱磁场下),(jmjln211,2jjjmlj jl同一个 值，有个对每一个有两个112()12()1222(21)lNlll22nNn3.无磁场时，结论不变无磁场时，结论不变),(slmmln编辑ppt个壳层221m0m0lKsl,1,n:个221 , 0 slmm , 1, 0l2,n: 壳层L个621, 1,0 slmm个1021 2, 1, 0 slmm个621, 1,0 slmm , 2, 1, 0l个221

5、,0 slmm3,n: 壳层M（共10个）（共18个）编辑ppt总结1l 22Nl1、支壳层、支壳层 最多可容纳最多可容纳 个电子。个电子。2、主壳层、主壳层1n253121l 22N1n0ln3、闭合壳层、闭合壳层1l 22支壳层满支壳层满 个，个，= 2n2主壳层满主壳层满 2n2 个。个。 最多可容纳最多可容纳 2n2 个电子。个电子。编辑ppt第三节第三节 原子基态的电子组态及原子态原子基态的电子组态及原子态一、基态电子填充规则一、基态电子填充规则1、遵从泡利原理、遵从泡利原理2、遵从能量最低原理、遵从能量最低原理 NCBBLBLeiei类类如eH H:;n小开始从 En小开始从一定时

6、lEln,-莫色勒定律：莫色勒定律：（1）等电子体系）等电子体系（2) 莫色勒定律莫色勒定律 2221211nnRZ :H类Zn1RTnRnzTn22 ,nnnnEhcTTE 能量无交错1）能量无交叉）能量无交叉2）能量有交叉）能量有交叉RTZn=1n=3n=2 eiBLeH H编辑ppt碱： 2221211*nnRZRnzT22n*类 Li：nnZRTln 2222*nZnZRTln 作用：作用：确定能量高低，确定能量高低，Tn最大最大En最小最小F42D42P42S42RTZ经验规则：经验规则：大的先填充不同小的先填充同不同时小的先填充相同时n:)(.n,)(nlnln2ln1l5g1S2

7、S3S4S5S2P3P4P3d4d5P5d4f5f0 1 2 3 412345nD32S3P3编辑ppt二、基态原子态确定规则二、基态原子态确定规则1、根据泡利原理确定物理上允许的原子态、根据泡利原理确定物理上允许的原子态2、根据洪特定则确定原子态的能级次序、根据洪特定则确定原子态的能级次序（1）S大为最低。大为最低。（2）S一定，一定，L大为最低。大为最低。（3）L、S一定一定)(:1l2J同科电子数倒转J正常：同科电子数正常：同科电子数)(1l2 编辑ppt三、原子基态时电子组态及原子态三、原子基态时电子组态及原子态1、第一周期的元素、第一周期的元素minEE1n:,壳层电子先占据基态时K

8、1n 0: JSL第一层闭合21m0m0l1nsl,01S0L21ssl0l2121,0S0J0S1,1S1J1S3,H-1S-2S1/2SS11 eH-1S0H ; He编辑pptS22. 第二周期元素：从第二周期元素：从LiNe212Ss2s 1s 13ZLiminEEs20eSs2s2s 14ZB1122/ 121222215PpssZB 032222216PpssZC 234322Sp2s2s 17ZN2Pp2s2s 18ZO3422232522Pp2s2s 19ZF0eSp2s 2s 110ZN1622P2RTnZS3P3D3S4P4D4F40:2 JSL层闭合第编辑ppt确定基态原

9、子确定基态原子S值的方法：值的方法：1）支壳层电子不超过半满，所有电子自旋取向相互平行）支壳层电子不超过半满，所有电子自旋取向相互平行2）超过半满，则半满个电子自旋取向平行，超过半满的电）超过半满，则半满个电子自旋取向平行，超过半满的电子自旋取向相反。子自旋取向相反。保证不违反泡利原理的前提下，保证不违反泡利原理的前提下，S取值最大。取值最大。求基态原子求基态原子L值的方法：值的方法：使未满支壳层电子的使未满支壳层电子的ml值按值按l,l-1,-l,l,.顺序取值顺序取值保证不违反泡利原理的前提下，保证不违反泡利原理的前提下，L取最大值。取最大值。确定基态原子确定基态原子J值的方法值的方法按按

10、LS耦合计算耦合计算J值，并判断正常或倒转次序值，并判断正常或倒转次序注：电子数半满以上的轨道，具有倒转次序注：电子数半满以上的轨道，具有倒转次序电子数少于半满的轨道，具有正常次序电子数少于半满的轨道，具有正常次序编辑ppt22261 2 2C Zs sp 1 11,12 2SmS 1 0 1Lm 1L30P1Lm 01轨道图轨道图编辑ppt1Lm 0122371 2 2N Zs sp 432S1 1 132 2 22S 1 0 1 0Lm 0L编辑ppt22481 2 2O Zs s p 1 1 1 112 2 2 2S 1 0 1 1 1Lm 1L32P1Lm 01编辑ppt22591 2

11、 2F Zs sp 1 1 1 1 112 2 2 2 22S 1 0 1 1 0 1Lm 1L322P1Lm 01编辑ppt3. 第第3周期周期Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、Ar(1118)2121622Ss3p2s2s111ZNa0gSs3p2s2s 112ZM1262221212622Pp3s 3p2s2s 113ZAl0322622Pp3s3p2s2s 114ZSi23432622Sp3s3p2s2s115ZP2Pp3s3p2s2s 116ZS34262223252622Pp3s3p2s2s117ZCl0rSp3s3p2s2s 118ZA162622闭合(空3d)编辑ppt4、

12、第、第4周期：周期：KSc_ Ni Cu Zn GaK r162622s4p3s3p2s2s 119ZK0aSs4p3s3p2s2s120ZC1262622sdsdcEETTS4343 2862622s4d3p3s 3p2s2s 128ZNi过渡元素过渡元素性质相似。性质相似。价1Ss4d3p3s3p2s2s 129ZC21211062622u价2Ss4d3p3s3p2s2s 130ZZ0n121062622212121062622Pp4s4d3p3s 3p2s 2s 131ZGa0rSp4s4d3p3s3p2s2s136ZK1621062622-2S1/22162622433322121sd

13、pspssZSc 闭合闭合(空空4d 4f )编辑ppt5、第、第5周期，与以上相似周期，与以上相似6、第、第6周期周期（5556）（稀土）（）（稀土）（7278）（）（7980）（）（8186）先先 6s4f5d6s6p7、第、第7周期周期 钫钫7S锕锕6d5f（8788）（）（8990）（）（91103）5S1 5S2 4d1.4d8 5S15S2 5P1.5P6铷铷Rb-编辑ppt)( )现象实质周期性壳层结构相关( 0 原子实P 01 JJPJ总结规律总结规律（1）电子每进入一个新主壳层，一个新周期开始。）电子每进入一个新主壳层，一个新周期开始。0S1（2）每当各支壳层闭合时，原子基态原子态为：）每当各支壳层