原子与原子结构.ppt

1.4.3原子中电子壳层结构1916年，Kossel提出了电子壳层分布模型：n相同的电子处于同一壳层，n大则距离原子核越远，能量越高；同一壳层内，l不同分为不同支壳层，l越大，相应支壳层能量越高。主量子数n=1,2,3,4,5,6壳层符号KLMNOP副量子数l=0,1,2,3,4,5支壳层符号spdfgh原子核外电子的运动状态由四个量子数描述：第64页,共86页，2024年2月25日，星期天1.4.4电子排布原理处于稳定状态的原子，核外电子尽可能地按能量最低原理泡利不相容原理洪特规则第65页,共86页，2024年2月25日，星期天能量最低原理电子在原子核外排布时，要尽可能使电子的能量最低。离核较近的电子具有较低的能量，随着电子层数的增加，电子的能量越来越大；同一层中，各亚层的能量是按s、p、d、f的次序增高的。第66页,共86页，2024年2月25日，星期天能量最低原理原子系统处于稳定状态时每个电子趋向占有可能的最低能级。主量子数n越低，离核越近的壳层首先被电子填满。能级也与副量子数有关，有时n较小的壳层未满，n较大的壳层上却有电子填入。例：4s和3d状态4sn+0.7l=4+0.7*0=43dn+0.7l=3+0.7*2=4.4先填4s态能级高低由半经验公式决定n+0.7l第67页,共86页，2024年2月25日，星期天电子填充各壳层的次序是：1s，2s，2p，3s，3p，4s，3d，4p，5s，4d，5p，6s…第68页,共86页，2024年2月25日，星期天泡利不相容原理2、如果两个电子处于同一轨道，这两个电子的自旋方向必定相反。第69页,共86页，2024年2月25日，星期天泡利不相容原理s亚层只有1个轨道，可以容纳两个自旋相反的电子；p亚层有3个轨道，总共可以容纳6个电子；d亚层有5个轨道，总共可以容纳10个电子，f亚层有7个轨道，总共可以容纳14个电子。第一电子层(K层)中只有1s亚层，最多容纳两个电子；第二电子层(L层)中包括2s和2p两个亚层，总共可以容纳8个电子；第3电子层(M层)中包括3s、3p、3d三个亚层，总共可以容纳18个电子……第n层总共可以容纳2n^2个电子。第70页,共86页，2024年2月25日，星期天“电子优先占据最低能态”ZeSPDnl1021032103d3p3s2p2s1sn=1n=2n=3第71页,共86页，2024年2月25日，星期天洪特规则电子在原子核外排布时，将尽可能分占不同的轨道，且自旋平行。(量子力学证明，电子这样排布可能使能量最低，所以洪特规则也可以包括在能量最低原理中)对于同一个电子亚层，当电子排布处于全满(s2、p6、d10、f14)半满(s1、p3、d5、f7)全空(s0、p0、d0、f0)时比较稳定。第72页,共86页，2024年2月25日，星期天1.4.5电子组态电子组态：原子内电子壳层排布的标示。又称电子构型。原子中的电子排布组成一定的壳层，例如，硅原子的电子组态是1s22s22p63s23p2，表示其14个电子中2个排布在1s态，2个排布在2s态，6个排布在2p态，2个排布在3s态和最后2个电子排布在3p态。电子组态清楚地显示出核外电子的排布状况。第73页,共86页，2024年2月25日，星期天KLM电子组态N核外电子数第74页,共86页，2024年2月25日，星期天1.4.6原子态原子态指电子在核外运动的波函数满足定态薛定谔方程，即呈不随时间变化的稳定的状态。它通常以电子组态表示。能量最低的原子态称基态，能量较高的称激发态。电子既有轨道运动又有自旋运动L-S耦合j-j耦合第75页,共86页，2024年2月25日，星期天L-S耦合当两个电子自旋之间作用很强，两个电子的轨道运动之间作用也很强，那么两个自旋运动就要合成一个总的自旋运动，即s1+s2=S。两个轨道角动量也要合成一个轨道总角动量，即l1+l2=L，轨道总角动量和自旋总角动量再合成总角动量，即L+S=J，此耦合过程称为L-S耦合。第76页,共86页，2024年2月25日，星期天当时，共个当时，共