大学物理第二十二章课件.ppt

2023年3月2日王业伍 浙江大学物理系大学物理甲第二十二章氢原子及原子结构初步2023/3/2222-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论本课时教学基本要求本课时教学基本要求1 1、掌握原子光谱的实验规律掌握原子光谱的实验规律。2 2、了解、了解玻尔关于氢原子结构的三个基本假设及其与玻尔关于氢原子结构的三个基本假设及其与氢原子光谱的关系氢原子光谱的关系。2023/3/23一、原子光谱的实验规律一、原子光谱的实验规律22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论 22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论 早早在在原原子子理理论论建建立立以以前前，实实验验发发现现，原原子子光光谱谱是是不不连连续续的的分分立立线线光光谱谱。且且每每个个元元素素都都有有自自己己特特定定的的原原子子光光谱谱。各各种种元元素素的的原原子子光光谱谱都都十十分分复复杂杂，是是由由许许多多不不同同频频率的光谱线构成率的光谱线构成。HHHHH656.3486.2434.0410.2(nm)364.6 1885年年瑞瑞士士中中学学教教师师J.J.Balmer发发现现，氢氢原原子子谱谱线线中中在在可可见见光光区区域域的的四四条条光光谱谱线线H、H、H 和和H 可可以以纳纳入入简简单的公式中。单的公式中。2023/3/24式中式中B=3.6456 10 7m，满足该式的光谱系叫，满足该式的光谱系叫巴尔末系巴尔末系。巴尔末公式巴尔末公式22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论HHHHH656.3486.2434.0410.2(nm)364.6n 6 5 4 32023/3/2522-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论巴尔末公式巴尔末公式2023/3/26 此此后后，氢氢原原子子的的其其它它光光谱谱线线也也都都被被发发现现，它它们们都都可可以以纳纳入入统统一一的的公公式式中中。瑞瑞典典数数学学家家和和物物理理学学家家J.R.Rydberg对对巴巴尔尔末末公公式式修修改改后后用用波波长长的的倒倒数数(称为称为波数波数)来表示来表示，称为，称为里德伯公式：里德伯公式：R称为称为里德伯常量里德伯常量，其实验值为，其实验值为:R=1.0973931571 107 m 122-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论原原则则上上R和和B有如下关系：有如下关系：2023/3/2722-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论莱曼系莱曼系:k=1,n=2,3,4,的一组谱线；的一组谱线；巴尔末系巴尔末系:k=2,n=3,4,5,的一组谱线；的一组谱线；帕邢系帕邢系:k=3,n=4,5,6,的一组谱线；的一组谱线；布喇开系布喇开系:k=4,n=5,6,7,的一组谱线；的一组谱线；普芳德系普芳德系:k=5,n=6,7,8,的一组谱线；的一组谱线；每每一一组组谱谱线线的的第第一一线线对对应应于于nk1，线线。第第二二线线对对应应于于nk2，称称为为 线线；当当n时对应的光谱线称为时对应的光谱线称为极限线极限线，用，用H 表示表示。2023/3/28瑞士光谱学家里兹将瑞士光谱学家里兹将里德伯里德伯公式改写成：公式改写成：氢氢原原子子光光谱谱中中的的任任何何一一条条谱谱线线都都可可用用两两个个光光谱谱项项的的差差来来表表示示，其其它它原原子子光光谱谱也也有有类类似似规规律律，不不过过其其形形式和谱线数目更加复杂。一般的谱项：式和谱线数目更加复杂。一般的谱项：和和称为称为光谱项光谱项。称为里兹合并原则，称为里兹合并原则，式中式中22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论2023/3/29 到到了了1919世世纪纪末末，人人们们已已经经发发现现原原子子并并非非是是组组成成物物质质的的最最小小单单元元，原原子子(10-10 m)内内还还有有更更微微小的粒子，它们有着复杂的内部结构。小的粒子，它们有着复杂的内部结构。18971897年年汤汤姆姆逊逊发发现现了了带带负负电电的的电电子子，由由于于原原子子通通常常是是电电中中性性的的，可可见见原原子子中中还还有有正正电电荷荷，从从确确定定电电子子的的荷荷质质比比的的实实验验中中又又发发现现电电子子的的质质量量约约占占原原子子质质量量极极小小部部分分。那那么么带带负负电电的的电电子子在在中中性性的原子中是以何种形式存在的？的原子中是以何种形式存在的？二、原子模型二、原子模型22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论2023/3/21022-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论 原原子子是是具具有有弹弹性性、冻冻胶胶状状的的球球体体，正正电电荷荷均均匀匀分分布布，带带负负电电的的电电子子则则嵌嵌在在球球体体内内，作作简简谐谐振振动动，可可发发射射各各种种频频率率的的光光谱谱。这这一一模模型型被被形形象象地地称称为为“布布丁丁-面面包包模型模型”。u 汤姆孙模型：汤姆孙模型：这个模型也称为西瓜模型！这个模型也称为西瓜模型！2023/3/211 19091909年年卢卢瑟瑟福福利利用用放放射射性性物物质质衰衰变变时时发发射射的的 粒粒子子，进进行行穿穿射射金金属属箔箔的的实实验验，发发现现 粒粒子子经经金金属属箔箔散散射射后后，绝绝大大多多数数能能轻轻易易地地穿穿透透原原子子，散散射射角角平平均均只只有有2 2 3 3 左左右右，而而有有1/80001/8000的的 粒粒子子散散射射偏偏转转角角度度却却大大于于9090，甚甚至至接接近近180180。汤汤姆姆逊逊的的原原子子模模型型不不能能解解释释实实验中验中 粒子粒子大角度的散射。大角度的散射。22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论 令令人人难难以以置置信信，正正好好像像你你用用15英英寸寸的的枪枪射射击击一一张张薄薄纸纸，而而子子弹弹居居然然反反弹弹回回来来把把你你打打中中了了一一样样。或或者者是是买买 彩彩票中票中14亿元大奖亿元大奖!2023/3/212u 原原子子的的核核式式模模型型结结构构(卢卢瑟瑟福福19111911年年)：原原子子中中带带正正电电的的部部分分线线度度很很小小，约约为为1010-14-14 1010-15-15m m，但但集集中中了了几几乎乎所所有有的的质质量量，带带有有ZeZe正正电电荷荷，称称为为原原子子核核，而而电电子子在在核核外外很很大的空间绕核运动。大的空间绕核运动。22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论 粒粒子子的的质质量量约约电电子子质质量量的的73007300倍倍，它它受受电电子子的的作作用用很很小小，很很容容易易贯贯穿穿电电子子的的运运动动区区域域。当当 粒粒子子接接近近原原子子核核时时，受受到到原原子子的的静静电电斥斥力力可可以以很很大大，当当r r很很小小时时，粒粒子子几几乎乎正正对对着着原原子子核核运运动动，便便可可产产生生大大角角度散射。度散射。2023/3/213 这这一一模模型型不不能能说说明明原原子子的的稳稳定定性性和和发发出出线线状状光光谱谱现现象象。按按经经典典电电磁磁学学理理论论，电电子子绕绕核核运运动动时时由由于于加加速速运运动动会会发发出出连连续续的的电电磁磁波波谱谱，辐辐射射伴伴随随能能量量损损失失，电电子子运运动动半半径径不不断断减减小小，最最终终电电子子将将撞撞向向原原子子核核，原原子子塌塌缩缩。卢卢瑟瑟福福的的原原子子模模型型不不可可能是一个稳定系统。能是一个稳定系统。！19131913年年丹丹麦麦物物理理学学家家尼尼耳耳斯斯玻玻尔尔(Niels Bohr)在在核核式式模模型型基基础础上上，考考虑虑原原子子光光谱谱的的规规律律性性，将将普普朗朗克克和和爱爱因因斯斯坦坦的的量量子子理理论论引引入入原原子子系系统统，建建立立了了玻玻尔尔氢氢原原子子理理论论，解解决决了了原原子子的的稳稳定定性和线状光谱。性和线状光谱。22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论2023/3/214 1913年年，玻玻尔尔在在卢卢瑟瑟福福模模型型的的基基础础上上，引引入入普普朗朗克克和和爱爱因因斯斯坦坦的的量量子子概概念念，提提出出了了三三条条假假设设，从从而而建建立立了了玻尔氢原子理论。玻尔氢原子理论。Niels Bohr，物物理理学学家家和和化化学学家家。出出生生于于丹丹麦麦的的哥哥本本哈哈根根，是是量量子子力力学学的的奠奠基基人人之之一一，因因提提出出原原子子结结构构理理论论而而获获得得1922年年度度诺诺贝贝尔尔奖奖。他他创创立立的的玻玻尔尔研研究究所所培培养养和和造造就就了了多多位位著著名名的的物物理理学学家家和和诺贝尔奖金获得者。诺贝尔奖金获得者。22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论玻尔玻尔(18851962)2023/3/215三、玻尔理论的基本假设三、玻尔理论的基本假设 u 定定态态假假设设 假假设设电电子子在在绕绕核核转转动动时时具具有有一一系系列列稳稳定定的的运运动动轨轨道道，在在这这些些轨轨道道上上电电子子不不辐辐射射能能量量而而处处于于稳稳定定状状态态，称称为为定定态态。对对应应于于不不同同的的定定态态，原子具有相应的能量原子具有相应的能量En，称为，称为能级能级；u 跃跃迁迁假假设设 原原子子从从一一个个定定态态En到到另另一一个个定定态态Ek称称为为跃跃迁迁，这这一一过过程程中中，原原子子会会发发射射或或吸吸收收一一个个光光子子，光子的频率光子的频率 应满足能量公式：应满足能量公式：22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论2023/3/216u 角角动动量量量量子子化化假假设设 对对于于原原子子的的任任一一定定态态，电电子子绕绕核核在在圆圆形形轨轨道道上上运运动动时时，其其角角动动量量L等等于于h/2 的整数倍：的整数倍：n称为称为量子数量子数，这是玻尔的，这是玻尔的轨道角动量量子化条件轨道角动量量子化条件。22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论2023/3/21722-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论11年后，德布罗意给出更为满意的物理解释。年后，德布罗意给出更为满意的物理解释。电子绕原子核的运动也可以用德布罗意波的驻波来解释：电子绕原子核的运动也可以用德布罗意波的驻波来解释：2023/3/218四、电子轨道和定态能量四、电子轨道和定态能量由玻尔的量子化条件由玻尔的量子化条件 电电子子在在半半径径为为r的的定定态态圆圆轨轨道道上上以以速速率率v绕绕核核作作圆周运动，向心力由库仑力提供圆周运动，向心力由库仑力提供u 电子轨道半径的量子化电子轨道半径的量子化22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论2023/3/219当当n=1时，电子有最小轨道半径时，电子有最小轨道半径r1称为称为玻尔半径玻尔半径，也常用，也常用a0来表来表示，电子的其它轨道半径为：示，电子的其它轨道半径为：rn=n2r1=n2a022-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论得到原子处于第得到原子处于第n个定态时电子的轨道半径个定态时电子的轨道半径 电子的运动轨道是量子化的电子的运动轨道是量子化的。2023/3/220 氢原子的总能量等于电子的动能与电势能之和氢原子的总能量等于电子的动能与电势能之和处在量子数为处在量子数为n的定态时，氢原子的能量为的定态时，氢原子的能量为 u 原子能量的量子化原子能量的量子化22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论氢原子的能量是不连续的氢原子的能量是不连续的-量子化的量子化的2023/3/221n=1，得到氢原子的最低能级的能量，得到氢原子的最低能级的能量此此状状态态为为原原子子的的基基态态，当当n1时时，称称激激发发态态，激激发发态态能能级级的的能能量量可可由由En=E1/n2求求得得，当当n时时，rn，En0，电电子子脱脱离离原原子子核核，称称电电离离态态，使使电电子子电电离离所所需需的的能能量量称称电电离离能能。实实验验中中测测得得处处于于基基态态氢氢原原子子的电离能为的电离能为-E1=13.6eV，这与玻尔理论完全一致。，这与玻尔理论完全一致。22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论2023/3/222 氢氢原原子子中中电电子子存存在在着着不不连连续续的的稳稳定定轨轨道和相应的稳定能量状态。道和相应的稳定能量状态。22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论2023/3/223五、氢原子光谱的解释五、氢原子光谱的解释 根据玻尔假设，当原子从较高能级根据玻尔假设，当原子从较高能级Ei向较低能级向较低能级Ef 跃迁时，发射一个光子，其频率为跃迁时，发射一个光子，其频率为波数为：波数为：22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论与与里里德德伯伯公公式式在在形形式式上上完完全全一一样样，由由此此算算得得里里德德伯伯常常数的理论值数的理论值2023/3/224前五位数和实验结果一致，符合得很好前五位数和实验结果一致，符合得很好。22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论实验值为实验值为 1.0973931571 107 m 1理论值为理论值为 1.097373 107 m 12023/3/225赖曼系（紫外）巴尔末系（可见光）帕邢系（红外）22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论2023/3/22622-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论原原子子状状态态发发生生改改变变时时，只只能能吸吸收收或或释释放放相相当当于于两两定定态态能能量之差的能量。量之差的能量。汞汞蒸蒸气气发发出出的的波波长长为为253.7nm的的谱谱线线，对对应应的的光光子子能能量量正好等于正好等于4.9eV。1925年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。2023/3/227u 弗兰克弗兰克-赫兹实验赫兹实验非弹性碰撞非弹性碰撞汞原子能级的量子化汞原子能级的量子化22-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论2023/3/22822-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论u 玻尔氢原子理论的不足玻尔氢原子理论的不足（1）不能解释氢原子的谱线的强度和精细结构；）不能解释氢原子的谱线的强度和精细结构；（2）玻尔理论应用于其它多电子原子时，遇到了）玻尔理论应用于其它多电子原子时，遇到了困难。困难。在严格量子力学基础上发展起来的现代光谱理论，可在严格量子力学基础上发展起来的现代光谱理论，可以对于复杂多电子原子的光谱（包括分子系统）进行以对于复杂多电子原子的光谱（包括分子系统）进行精确的计算。精确的计算。2023/3/22922-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论作业：作业：22-222-322-62023/3/23022-1 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论本课时教学基本要求本课时教学基本要求1 1、掌握掌握量子力学量子力学描述氢原子的描述氢原子的Schrodinger方程方程;正正确确理解四个量子数的物理意义理解四个量子数的物理意义,掌握四个量子数掌握四个量子数之间的定量关系之间的定量关系。2 2、正确正确理解电子自旋的概念理解电子自旋的概念,掌握用四个量子数描写掌握用四个量子数描写原子壳层结构的方法及其与元素周期表原子壳层结构的方法及其与元素周期表 的对应的对应关系关系。2023/3/23122-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述一、氢原子的定态薛定谔方程一、氢原子的定态薛定谔方程 22-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述由由于于力力场场分分布布是是球球对对称称的的，采采用用球球坐坐标标(r,)代代替替直直角角坐坐标标(x,y,z)。球坐标下的拉普拉斯算符为：。球坐标下的拉普拉斯算符为：在球坐标系下：在球坐标系下：x=rsin cos y=rsin sin z=rcos 用分离变量法解方程，设用分离变量法解方程，设 ，代入上式得：，代入上式得：2023/3/23222-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述则在球坐标中的薛定谔方程为：则在球坐标中的薛定谔方程为：2023/3/23322-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述 能量量子化和主量子数能量量子化和主量子数n n 求解径向求解径向方程方程，可得氢原子的，可得氢原子的束缚束缚定态能量定态能量E必须满足：必须满足：n称称为为主主量量子子数数，这这表表明明氢氢原原子子的的能能量量是是量量子子化化的的，上上式式与与玻玻尔尔所所得得氢氢原原子子能能级级公公式式一一致致，但但这这里里是是求求解解方方程程过过程程中中自然得出的结果，而玻尔则是人为假设的量子化条件。自然得出的结果，而玻尔则是人为假设的量子化条件。二、量子数二、量子数2023/3/234 轨道角动量量子化和角量子数轨道角动量量子化和角量子数l 在在求求解解波波涵涵数数时时还还发发现现，当当原原子子处处于于第第n个个能能级上，电子绕核旋转的角动量级上，电子绕核旋转的角动量L只能取：只能取：式式中中l称称为为角角量量子子数数，L是是电电子子的的轨轨道道角角动动量量。当当n给定时，给定时，l 可取可取n个值个值。相应角动量为相应角动量为如如n=3时，时，l可取值为可取值为22-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述按玻尔理论按玻尔理论更为精确更为精确2023/3/235 轨道角动量轨道角动量空间取向空间取向量子化和磁量子数量子化和磁量子数m ml l 求求解解方方程程时时，发发现现轨轨道道角角动动量量矢矢量量L在在空空间间的的取取向向也也是是量量子子化化的的，在在指指定定的的Z轴轴方方向向的的分分量量只只能能取取特特定值，即：定值，即：ml称称为为磁磁量量子子数数。对对给给定定的的l值值，ml有有2l+1个个取取值值，表表明明L可以有可以有2l+1个取向，个取向，这种现象称为这种现象称为空间量子化空间量子化。角动量的大小由角动量的大小由l决定，角动量的方向由决定，角动量的方向由ml决定。决定。如如l=2时时，ml可可取取0、1和和2，即即LZ有有五五种种可可能能值值，也也即即轨轨道道角角动动量量在在空空间间有有五五种种取取向向。这这也也决决定定了电子轨道平面的取向。了电子轨道平面的取向。22-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述2023/3/236角量子数角量子数l=2时，时，磁量子数磁量子数ml=0、1、2zLLz=2hvzml=0ml=+1ml=+2ml=-1ml=-2L电子电子轨道平面xy轨道角动量矢量轨道角动量矢量L 在在z轴方向的分量轴方向的分量22-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述磁量子数：磁量子数：角动量在磁场方向的投影由角动量在磁场方向的投影由ml决定决定2023/3/237 塞曼效应：塞曼效应：原子在磁场中发生的谱线分裂现象原子在磁场中发生的谱线分裂现象原子处于磁场中，有附加能量：原子处于磁场中，有附加能量：22-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述1898年年的的P.Zeeman效效应应对对空空间间量量子子化化理理论论给出了实验证据。给出了实验证据。2023/3/238定态波函数，由三个量子数决定：定态波函数，由三个量子数决定：22-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述2023/3/239三、概率分布和电子云三、概率分布和电子云22-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述表表示示电电子子出出现现在在距距核核为为r，方方位位在在，处处体体积积元元dV中的概率中的概率2023/3/240三、概率分布和电子云三、概率分布和电子云22-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述代代表表电电子子出出现现在在与与原原子子核核距距离离r处处，厚厚度度为为dr的的薄薄球球壳内的概率，与坐壳内的概率，与坐标标 及及 无关。无关。2023/3/24122-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述l=1l=1122023/3/242例例22.222-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述2023/3/243 22-3 电子的自旋电子的自旋22-3 电子的自旋电子的自旋1921年，年，O.Stern和和W.Gerlach斯特恩斯特恩盖拉赫实验：银原子在外盖拉赫实验：银原子在外磁场中，一条谱线分裂成两条，薛定谔方程不能解释磁场中，一条谱线分裂成两条，薛定谔方程不能解释2023/3/24422-3 电子的自旋电子的自旋 被加热的原子射线被加热的原子射线 在没有外场作用时，应有：在没有外场作用时，应有：分析：分析：在非均匀的外磁场中若所有的原子轨道磁矩都相同在非均匀的外磁场中若所有的原子轨道磁矩都相同 若磁矩是空间量子化的（即角动量空间量子化）若磁矩是空间量子化的（即角动量空间量子化）奇怪的是：斯特恩用处于奇怪的是：斯特恩用处于 态的银原子态的银原子原子本身没有轨道磁矩原子本身没有轨道磁矩,应有应有而实际上却是而实际上却是 这种磁矩显然不是轨道磁矩，这种磁矩显然不是轨道磁矩，它是什么？它是什么？事实正是这样！事实正是这样！说明原子具有磁矩！说明原子具有磁矩！2023/3/24522-3 电子的自旋电子的自旋1925年年,乌伦贝克乌伦贝克,高斯密特高斯密特(荷兰荷兰)提出提出电子自旋电子自旋的半经典假设的半经典假设1、电子是带电小球，除绕原子核旋转以外，还绕自身的轴旋转。、电子是带电小球，除绕原子核旋转以外，还绕自身的轴旋转。除有轨道角动量以外，还有自旋角动量和自旋磁矩除有轨道角动量以外，还有自旋角动量和自旋磁矩（）2、，且自旋角动量的取值是量子化的，且自旋角动量的取值是量子化的自旋量子数自旋量子数3、自旋角动量取向是量子化的，用、自旋角动量取向是量子化的，用 在外磁场方向的投影在外磁场方向的投影 来表示来表示 共共 个值，实际个值，实际 2 个值个值自旋磁量子数自旋磁量子数2023/3/24622-4 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构 中中子子、质质子子、光光子子等等均均有有自自旋旋，自自旋旋是是微观粒子的基本属性之一微观粒子的基本属性之一。通通过过求求解解狄狄拉拉克克方方程程，从从理理论论上上可可以以得得到电子自旋角动量量子化等有关结论。到电子自旋角动量量子化等有关结论。2023/3/247原子中电子的运动状态可由四个量子数确定。原子中电子的运动状态可由四个量子数确定。主量子主量子数数 n角量子角量子数数 l磁量子磁量子数数 ml自旋磁量子自旋磁量子数数 ms 对对于于多多电电子子原原子子，可可以以根根据据四四个个量量子子数数对对原原子子中中电电子子运运动动状状态态的的限限制制，来来确确定定原原子子核核外外电电子子的的分分布情况。布情况。22-4 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构 22-4 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构2023/3/248电电子子的的壳壳层层模模型型：主主量量子子数数n相相同同的的电电子子分分布布在在同同一一壳壳层层上上，称称为为主主壳壳层层，对对n=1,2,3,4,5,的的电电子子，相相应应的的主主壳壳层层称称为为K,L,M,N,O,。而而n相相同同，l不不同同为为同同一一主主壳壳层层的的不不同同支支壳壳层层，对对于于l=0,1,2,3,4,用用s,p,d,f,g,表示。表示。核外电子在不同壳层上的分布遵循两条原理：核外电子在不同壳层上的分布遵循两条原理：u 泡利不相容原理泡利不相容原理 在在一一个个原原子子内内，不不可可能能有有两两个个或或两两个个以以上上的的电电子子具具有有相相同同的的状状态态，即即不不可可能能具具有有四四个个量量子子数数完完全全相同的电子。相同的电子。22-4 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构2023/3/249 当当n给给定定时时，l的的可可能能值值为为0,1,(n-1)共共n个个；当当l给给定定时时，ml的的可可能能值值为为0,1,2,l，共共2l+1个个；当当n、l、ml都都确确定定后后，ms可可取取1/2和和-1/2。则则按按泡泡利利不不相相容容原原理理，主主量量子子数数为为n的的电电子子壳壳层层中中最最多多可可容容纳纳的的电子数为：电子数为：如如在在1s,2p,3d等等各各支支壳壳层层中中，最最多多能能容容纳纳的的电电子子数为数为2，6，10，可表示为，可表示为1s2，2p6，3d10等。等。22-4 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构2023/3/25022-4 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构绕核运动的电子，组成许多壳层，绕核运动的电子，组成许多壳层，主量子数主量子数 n 相同的电子属同一壳层相同的电子属同一壳层 在同一壳层内在同一壳层内,l 不同，有不同的支壳层不同，有不同的支壳层 l =0,1,2,3,4,5 s p d f g h n =1,2,3,4,5,6 K L M N O P K L M N电电子子组组态态2023/3/251u 能量最小原理能量最小原理 在在正正常常情情况况下下，原原子子中中每每个个电电子子都都趋趋向向于于占占据据能能量量最最低低的的能能级级。当当原原子子中中的的电电子子处处于于可可能能的的最最低低能级时，原子处于稳定状态。能级时，原子处于稳定状态。原子中的电子根据电子能级，从低能级到高能级填充。原子中的电子根据电子能级，从低能级到高能级填充。22-4 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构原子的能级次序：原子的能级次序：1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,6sH 1s1He 1s2Li 1s22s1Be 1s22s2B 1s22s22p1C 1s22s22p2Ne 1s22s22p6Na(Ne)3s1Mg(Ne)3s2Ar(Ne)3s23p6K (Ar)4s1Kr (Ar)4s23d104p62023/3/25222-4 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构泡利原理和能量最小原理泡利原理和能量最小原理电子组态的周期性电子组态的周期性元素的周期性元素的周期性当当n3时时，还还需需兼兼顾顾能能量量最最小小原原理理。即即主主量量子子数数n较较小小的的能能级级，由由于于其其角角量量子子数数l 的的作作用用，也也可可以以使使该该能能级级的的能能量量高高于于主主量量子子数数n较较大大的的能能级级上上的的能能量。能量大小由公式：量。能量大小由公式：n+0.7l决定。决定。2023/3/253例题例题例：例：在下列各组量子数的空格上，填上适当的数值，以在下列各组量子数的空格上，填上适当的数值，以便使它们可以描述原子中的电子的状态：便使它们可以描述原子中的电子的状态：(1)n=2，l=，ml=-1，ms=-1/2(2)n=2，l=0 ，ml=，ms=-1/2(3)n=2，l=1 ，ml=0 ，ms=(1)l=1(2)ml=0(3)ms=1/2解解2023/3/254例题例题例：例：一个原子中能够具有下列量子数的最多电子数是多一个原子中能够具有下列量子数的最多电子数是多少？少？(1)n、l、ml(2)n、l、ms(3)n、l(4)n22l+12(2l+1)2n22023/3/25522-112023/3/25622-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述22-132023/3/25722-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述2023/3/25822-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述2023/3/25922-2 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述作业：作业：22-922-1122-132023/3/260绝对黑体的两个实验规律；绝对黑体的两个实验规律；爱因斯坦光电效应方程、康普顿散射公式；爱因斯坦光电效应方程、康普顿散射公式；光的波粒二象性光的波粒二象性E=h=mc22023/3/2612023/3/2622023/3/263(2)(3)人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。