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电子的自旋原子的电子壳层结构

1921年，施特恩（O.Stern）和格拉赫（W.Gerlach）发现一些处于S态的原子射线束，在非均匀磁场中一束分为两束。一、施特恩-格拉赫实验电子的自旋原子的电子壳层结构

由自旋产生的磁矩称为自旋磁矩

由自旋产生的角动量为

其方向与磁矩方向相反。

1925年，乌仑贝克（G.E.Uhlenbeck）和古兹密特（S.A.Goudsmit）提出电子自旋假说。把电子绕自身轴线的转动称为自旋。

S电子的自旋电子的自旋自旋磁量子数自旋角动量在外磁场方向的投影只能有两种取值。即：得：自旋量子数z原子中电子的状态由四个量子数确定：1.主量子数

n=1,2,3,…大体决定电子在原子中的能量2.角量子数

l=0,1,2,…,(n-1)决定电子绕核运动的角动量决定电子绕核运动角动量的空间取向3.磁量子数4.自旋磁量子数

决定电子自旋角动量的空间取向原子的壳层结构

一般地，主量子数n越大的主壳层其能级越高；在同一主壳层内，副量子数

l越大的支壳层其能级越高。但也有例外，实际上能级的高低次序可表示为1s7s5d5p5s6s6p6d

…4s3s3p4f3d4p4d2p2s

电子在原子中的分布遵从下列两个原理：

泡利在1925年提出：在原子中，不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的量子态。也就是说，原子中任何两个电子的量子数不可能完全相同。这个结论叫泡利不相容原理。

据泡利不相容原理，对于某一支壳层，对应的量子数为

n和

l,即处于该支壳层的电子具有相同的能量和角动量数值,但其磁量子数可取

,共2l+1种可能值，对每一个ml值又有两种ms值。因此，在同一支壳层上可容纳的电子数为.

对于某一主壳层n，其副量子数可取

0,1,2,…,n-1种可能值，而对每一

l值，可容纳电子数为2(2l+1)种，故在主壳层n上可容纳的电子数为各壳层可容纳的电子数0123456spdfghi1234567KLMNOPQ2262610261014261014182610141822261014182226Nn281832507298lnNl2、能量最小原理

当原子处于正常状态时，原子中的电子尽可能地占据未被填充的最低能级，这一结论叫做能量最小原理。例题

分别计算量子数n=2、l=1和n=2的电子的可能状态数。解：对n=2、l=1的电子，可取

ml=-1,0,1三种状态，对每一种

ml，又可取

ms=1/2,-1/2。故总状态数为对于n=2的电子，l可取0和1。l=0时，ml=0，ms=1/2,-1/2l=0时有2种状态。因此，共有状态数2+6=8。

例题

估算热中子的德布罗意波长（中子的质量mn=1.67×10-27kg）。解：热中子是指在室温下（T=300K）与周围处于热平衡的中子，它的平均动能

它的方均根速率：

相应的德布罗意波长：

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