2021-2022学年高二物理竞赛课件：原子的电子壳层结构.pptx

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1、原子的电子壳层结原子的电子壳层结构构n123l001012ml00-1010-101-2-1012msZ2818一一.泡利不相容原理泡利不相容原理 (1925(1925年年)在一个原子中在一个原子中,不能有两个或两个以上的电子处在完全相不能有两个或两个以上的电子处在完全相同的量子态同的量子态 ，即它们不能具有一组完全相同的量子数，即它们不能具有一组完全相同的量子数（n，l，ml，ms）.容纳电子的最大数目容纳电子的最大数目n=1,2,3,.为为主量子数主量子数 求解上述方程时可得以下一些量子数及求解上述方程时可得以下一些量子数及量子化量子化特特性性1 能量能量量子化和主量子数量子化和主量子数2

2、 角动量角动量量子化和角量子数量子化和角量子数电子绕核运动时的角动量为：电子绕核运动时的角动量为：为为角量子数角量子数例如，例如，n=2时，时，=0，1相应的相应的 当当氢氢原原子子置置于于外外磁磁场场中中，角角动动量量L在在空空间间取取向向只只能能取取一一些些特特定定的的方方向向，L在在外外磁磁场场方向的投影必须满足量子化条件方向的投影必须满足量子化条件3 角动量角动量空间量子化空间量子化和磁量子数和磁量子数磁量子数磁量子数Lz磁量子数磁量子数 ml=0,1,相应的相应的例如，例如，时，时，zo4 电子的电子的自旋自旋和自旋磁量子数和自旋磁量子数自旋角动量在外磁场方向上只有两个分量自旋角动量

3、在外磁场方向上只有两个分量:自旋角动量自旋角动量ms称为称为自旋磁量子数自旋磁量子数式中自旋量子数式中自旋量子数 ，即，即SzS电子的电子的自旋自旋角动量和角动量和自旋磁量子数自旋磁量子数ozSz5 小结小结 原子中的电子的运动状态可由四个量子原子中的电子的运动状态可由四个量子数数(n,l,ml ,ms)来表示来表示.角角量子数量子数 l 决定电子的轨道角动量决定电子的轨道角动量 磁磁量子数量子数 ml 决定轨道角动量的方向决定轨道角动量的方向 自旋自旋量子数量子数ms决定自旋角动量的方向决定自旋角动量的方向 主主量子数量子数 n 决定电子的能量决定电子的能量 基态径向波函数和电子分布概率基态

4、径向波函数和电子分布概率 氢原子的氢原子的基态能量基态能量处于基态时处于基态时 n=1 l=0径向径向波函数波函数方程方程解为解为其中其中将解代入方程将解代入方程得得 基态径向基态径向波函数波函数电子出现在体积元电子出现在体积元dV的概率为：的概率为：令沿径矢的概率密度为令沿径矢的概率密度为 p,则电子出现则电子出现在距核在距核r r+dr的概率为的概率为由归一化条件由归一化条件得得基态径向基态径向波函数波函数为为p(r)or 电子的分布概率电子的分布概率r1r1电子云电子云原子处于正常状态时，每个电子都趋向占据可能的最低能级原子处于正常状态时，每个电子都趋向占据可能的最低能级 二二.能量最小原理能量最小原理 能级高低能级高低主量子数主量子数 n决定决定角量子数角量子数 l影响影响1s2s2p3s3p3d4s1 氢2 氦HHe123 锂4 铍LiBe22125 硼6 碳10 氖BCNe22222212613 铝14 硅18 氩AlSiAr22222266622212619 钾20 钙KCa22226622661221 钪Sc22626124s 能级能级低于低于3d 能级能级D=n+0.7 l部分原子的电子排列部分原子的电子排列