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第七章 原子的壳层结构

第七章 原子的壳层结构. 7.1 元素性质的周期性. 1869 年俄国化学家门捷列夫经过长期的研究发现元素的性质随着原子量的递增而发生周期性变化，他把当时已发现的 63 种元素按原子量的递增顺序排成一 行，并将性质相似的元素排在一个列中，编成了元素周期表。 后又陆续发现了许多新元素，相继填充到周期表中。 目前，最新统计结果，共发现 114 种元素， 1994 年底是 111 种。这 114 种元素中有 92 种是天然存在的，其余的是人工制造的。.

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第七章 原子的壳层结构

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  1. 第七章 原子的壳层结构 7.1元素性质的周期性 1869年俄国化学家门捷列夫经过长期的研究发现元素的性质随着原子量的递增而发生周期性变化，他把当时已发现的63种元素按原子量的递增顺序排成一 行，并将性质相似的元素排在一个列中，编成了元素周期表。 后又陆续发现了许多新元素，相继填充到周期表中。目前，最新统计结果，共发现114种元素，1994年底是111种。这114种元素中有92种是天然存在的，其余的是人工制造的。

  2. 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。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。

  3. (1) 用 量子数描述(无耦合表象) (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。 7.2 原子的电子壳层结构 1.描述电子状态的两套量子数 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。

  4. (1) 用 量子数描述时 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。 • 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： 2.泡利不相容原理 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。 3.壳层和次壳层最多容纳电子数

  5. 每一壳层最多容纳电子数： 每一壳层最多容纳电子数： (2) 用 量子数描述时 对每一 ，有两个 值： 对每一 对确定的主量子数 , 共取 个值； 每一次壳层最多容纳电子数：

  6. 1 2 3 4 O K L M N P 壳层名称 5 6 最多电子数 2n2 72 2 8 18 32 50 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 s s p 支壳层 s p d s p d f s p d f g s p d f g h 最多电子数 2(2+1) 2 2 6 2 6 10 2 6 1014 2 6 10 14 18 2 6 10 141832 各壳层可以容纳的最多电子数

  7. 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。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。 （n+0.7 ）值大的能级较高 （n+0.7 ）值小的能级较低 （当n>3） 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， 电子能级排列大致顺序：

  8. 第一周期 H 7.3 元素周期表的形成 1s1 1s2 原子处于基态时，核外电子的排布情况 He

  9. 第二周期 2s 2p 1s • 3.Li • 4.Be • 5.B • 6.C • 7.N • 8.O • 9.F • 10.Ne 1s22s1 1s22s2 1s22s22p1 1s22s22p2 1s22s22p3 1s22s22p4 1s22s22p5 1s22s22p6

  10. 第三周期 • 11.Na 1s22p63s1 • 12.Mg 1s22p63s2 • 13.Al 1s22p63s23p1 • 14.Si 1s22p63s23p2 • 15.P 1s22p63s23p3 • 16.S 1s22p63s23p4 • 17.Cl 1s22p63s23p5 • 18.Ar 1s22p63s23p6 因为3d空着,所以第三周期只有8个元素而不是18个元素

  11. 第四周期 (18个元素) 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，Ca 3d: 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。

  12. 第五周期 (18个元素) 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。

  13. 第六周期 (32个元素) 6s: Cs, Ba 5d: 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 5d: 72-80号元素（9个） 6 p: 81-86号元素（6个） 接下来填7s次壳层,第六周期结束。第七周期开始。。。

  14. 7.4 原子基态光谱项的确定 2.确定原子基态光谱项的简易方法 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 • (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）。 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。

  15. 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: +1 0 - 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。 其它元素的原子态都有可按上述方法求得。

  16. The Nobel Prize in Physics 1945 for the discovery of the Exclusion Principle, also called the Pauli Principle Wolfgang Pauli 奥地利人 1900-1958 获1945年诺贝尔物理学奖 泡 利

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