第七章原子的壳层结构

第七章原子的壳层结构第一页，共二十一页，2022年，8月28日第二页，共二十一页，2022年，8月28日尽管元素性质的周期性早在1869年就提出来了,但人们对此却无法给出一个满意的解释，直到50年后的Bohr时代，才由Bohr给出了物理解释。1925年Pauli提出不相容原理，人们这才深刻地认识到，元素性质的周期性,是电子组态周期性的反映。下面我们从讨论各”轨道”的电子容量入手,讨论电子的填充次序以及能级相对高、低的一般规律。第三页，共二十一页，2022年，8月28日7.2原子的电子壳层结构1.描述电子状态的两套量子数(1)用量子数描述(无耦合表象)

如：原子处于强磁场中，电子的自旋-轨道耦合被解脱。电子的轨道、自旋的取向分别对外磁场量子化。(2)用量子数描述(耦合表象)

电子的自旋-轨道耦合时，不再有确定的值。如：原子处于弱磁场中；j-j耦合情形。第四页，共二十一页，2022年，8月28日3.壳层和次壳层最多容纳电子数同一个原子中,不可能有两个或两个以上的电子处在同一个状态；也就是说，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。2.泡利不相容原理相同主量子数的电子构成一壳层；每一壳层中，不同的分为不同的次壳层。(1)用量子数描述时

对确定的主量子数,共取个值；对每一，共个值，对每一每一次壳层最多容纳电子数：第五页，共二十一页，2022年，8月28日每一壳层最多容纳电子数：(2)用量子数描述时

对确定的主量子数,共取个值；对每一，有两个值：对每一每一次壳层最多容纳电子数：每一壳层最多容纳电子数：第六页，共二十一页，2022年，8月28日

各壳层可以容纳的最多电子数56壳层名称最多电子数2n2支壳层最多电子数2(2+1)1234KLMNOP2818325072001012301234501201234sspspdspdfspdfghspdfg2262610261014261014182610141832第七页，共二十一页，2022年，8月28日原子在正常状态时，每个电子在不违背泡利不相容原理的前提下，总是尽先占有能量最低的状态。4.能量最低原理原子中各状态能量高低次序

同一主壳层中（n相同而不同）E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)当n，都不相同时，（n+0.7）值大的能级较高（n+0.7）值小的能级较低（当n>3）电子能级排列大致顺序：第八页，共二十一页，2022年，8月28日7.3元素周期表的形成1s11s2第一周期H

原子处于基态时，核外电子的排布情况He第九页，共二十一页，2022年，8月28日第二周期3.Li4.Be5.B6.C7.N8.O9.F10.Ne1s22s11s22s21s22s22p11s2s2p1s22s22p21s22s22p31s22s22p41s22s22p51s22s22p6第十页，共二十一页，2022年，8月28日11.Na1s22p63s112.Mg1s22p63s2

13.Al1s22p63s23p1

14.Si1s22p63s23p2

15.P1s22p63s23p3

16.S1s22p63s23p4

17.Cl1s22p63s23p5

18.Ar1s22p63s23p6因为3d空着,所以第三周期只有8个元素而不是18个元素第三周期第十一页，共二十一页，2022年，8月28日第四周期从K开始填充4s.因为能级交错现象,E4s<E3d<E4p所以K开始了第四个主壳层的填充,也就开始了第四周期。4s:K，Ca3d:Sc-----Zn(21-30号元素）过渡元素。4p:Ga-----Kr(31-36号元素）接下来填5s次壳层,第四周期结束。(18个元素)第十二页，共二十一页，2022年，8月28日第五周期5s:Rb,Sr(鍶）4d:Y-----Cd(39-48号元素）过渡元素。5p:In-----Xe(49-54号元素）接下来填6s次壳层,第五周期结束。(18个元素)第十三页，共二十一页，2022年，8月28日第六周期6s:Cs,Ba5d:填1个电子，La(57号元素）稀土元素。4f:Ce(铈）-----Lu(58-71号元素）镧系，稀土元素接下来填7s次壳层,第六周期结束。第七周期开始。。。(32个元素)5d:72-80号元素（9个）6p:81-86号元素（6个）第十四页，共二十一页，2022年，8月28日第十五页，共二十一页，2022年，8月28日7.4原子基态光谱项的确定考虑：L-S耦合；泡利原理；能量最低原理；洪特定则1.满壳层和满次壳层角动量均为零描述原子状态（光谱项）的角动量只取决于未填满的次壳层中的电子总角动量。2.确定原子基态光谱项的简易方法(1)由泡利原理和能量最低原理求一定电子组态的最大S。(2)求上述情况上的最大L。(3)由半数法则确定J。(4)按2s+1LJ确定基态原子态（光谱项）。第十六页，共二十一页，2022年，8月28日其它元素的原子态都有可按上述方法求得。例：Si（硅）基态电子组态是3P2,是两个同科P电子，填充方式为：m:+10-1由此可知这样便求出了最大S和最大的L（按洪特定则要求）

再由半数法则确定J=L-S=0,所以硅（Si）的基态

为L=1,S=1,J=0，可得，3p0是它的基态的原子态。第十七页，共二十一页，2022年，8月28日第十八页，共二十一页，2022年，8月28日

泡利WolfgangPauli

奥地利人1900-1958获1945年诺贝尔物理学奖TheNobelPrizei