第2节原子的电子壳层结构

1、 7.2 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构 4. 自旋磁量子数自旋磁量子数 ms= 1/2 一确定电子状态的量子数一确定电子状态的量子数一个在原子核的库仑场中运动的核外电子的状态，可用一个在原子核的库仑场中运动的核外电子的状态，可用四个量子数来确定。四个量子数来确定。主量子数主量子数n=1, 2, 3 2. 轨道角动量量子数轨道角动量量子数 =0，1，2，3 (n-1)轨道磁量子数轨道磁量子数 m =0, 1, 2, ， 代表轨道在空间的可能取向，或轨道角动量在某代表轨道在空间的可能取向，或轨道角动量在某一特殊方向（例如磁场方向的分一特殊方向（例如磁场方向的分 量（量子力学中量（量子力学中

2、代表电子云的伸展方向）。代表电子云的伸展方向）。 s=1/2 代表自旋角动量，对所有的电子是相同的代表自旋角动量，对所有的电子是相同的, ,不能成为区别电子态的参数。不能成为区别电子态的参数。 代表电子运动区域的大小和它的总能量的主代表电子运动区域的大小和它的总能量的主要部分要部分, ,前者按轨道的描述也就是轨道的大小。前者按轨道的描述也就是轨道的大小。代表轨道的形状和轨道角动量（按量子力学理论，代表轨道的形状和轨道角动量（按量子力学理论，代表电子云的形状）且也与能量有关。代表电子云的形状）且也与能量有关。代表自旋的取向，也代表自旋角动量在某一特殊方代表自旋的取向，也代表自旋角动量在某一特殊方

3、向（例如磁场方向）的分量。向（例如磁场方向）的分量。主量主量子数子数轨道轨道角量角量子数子数 轨道轨道磁量磁量子数子数自旋自旋磁量磁量子数子数自旋自旋量子量子数数推论推论1： 一个原子中，一个原子中，n, , m , ms 这四个量子数完全这四个量子数完全相相 同的电子只能有一个。同的电子只能有一个。推论推论2：具有相同量子数具有相同量子数n, ,m 的电子最多能有两个的电子最多能有两个 ,它它 们的第四个量子数们的第四个量子数ms分别为分别为 。2/1这是一条实验规律：这是一条实验规律：在同一个原子中在同一个原子中,一个被一个被(n, , m , ms)四个四个量子数表征的态中只能有一个电子

4、；或者说，量子数表征的态中只能有一个电子；或者说， 同一个原子中同一个原子中不可能有两个或两个以上的电子处在同一个状态；也可以说，不可能有两个或两个以上的电子处在同一个状态；也可以说，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。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。二、泡利不相容原理二、泡利不相容原理每一个主每一个主壳层壳层可以容纳的最多电子数：可以容纳的最多电子数：支壳层：支壳层： 在每一个主壳层中，具有相同角量子数在每一个主壳层中，具有相同角量子数 的电的电 子子构成构成一个支壳层。一个支壳层。1022) 12(2nlnnlN对每一个对每一个 , m 可取（可取（

5、2 +1）个值，而对每一个）个值，而对每一个m , ms又又可以取两个值。可以取两个值。每一个每一个支壳层支壳层可以容纳的最多电子数：可以容纳的最多电子数：壳层结构壳层结构主壳层：主壳层：原子中具有相同量子数原子中具有相同量子数n 的电子的电子构成一个构成一个主壳层。主壳层。) 12(2lNl主量子数主量子数主壳层主壳层最多电最多电子数子数 2n2角量子数角量子数支壳层支壳层最多电最多电子数子数 2(2 +1)1 234KLMNOP28183250720 0 10 1 2 3 0 1 2 3 4 50 1 20 1 2 3 4s s ps p ds p d fs p d f g hs p d

6、f g 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 18 2 6 10 14 18 32 各壳层可以容纳的最多电子数各壳层可以容纳的最多电子数56三、能量最低原理三、能量最低原理 原子在正常状态时，每个电子在不违背泡利不相容原原子在正常状态时，每个电子在不违背泡利不相容原理的前提下，总是趋向占有最低能量的状态，以使原理的前提下，总是趋向占有最低能量的状态，以使原子系统的能量具有最小值。子系统的能量具有最小值。 能量最低原理的补充能量最低原理的补充(1)(1)在同一支壳层中（在同一支壳层中（ 相同）的相同）的电子排布电子排布 时，将时，将首先占据磁量子数首先占据磁量子数 m

7、 m 不同的状态、且使自旋平行。不同的状态、且使自旋平行。(2)(2)同一支壳层中当电子数为半满、全满、全空时同一支壳层中当电子数为半满、全满、全空时能量最低。能量最低。（2 ） 考虑内层电子对原子核的屏蔽作用：考虑内层电子对原子核的屏蔽作用：（1） 原子能量的主要部原子能量的主要部 分：分：22ZnRhcEn2*2ZnRhcEnl（3 ） 当当 n， 都不相同时，同时考虑都不相同时，同时考虑 n 和和 Z* 的影响，的影响， 则出现能级交错现象。既则出现能级交错现象。既 n大大 小的能级，低于小的能级，低于 n 小小 大的能级。大的能级。n 越小，能量越低。越小，能量越低。 减小，减小，Z* 增加；同一主壳层中：增加；同一主壳层中：E(ns)