第三節(jié)不相容原理

1、第三節(jié)：第三節(jié)：泡利不相容原理泡利不相容原理 第四節(jié)：第四節(jié)：原子的殼層結(jié)構(gòu)原子的殼層結(jié)構(gòu) 19251925年，奧地利物理學(xué)家年，奧地利物理學(xué)家paulipauli 提出了不相容提出了不相容 原理，揭示了微觀粒子遵從的一個(gè)重要規(guī)律。原理，揭示了微觀粒子遵從的一個(gè)重要規(guī)律。 第三節(jié)：泡利原理第三節(jié)：泡利原理 一、泡利不相容原理的敘述及其應(yīng)用一、泡利不相容原理的敘述及其應(yīng)用 1 1描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量子數(shù)描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量子數(shù) 主量子數(shù)主量子數(shù)n n：n=1,2,3n=1,2,3，在玻爾理論中決定了，在玻爾理論中決定了 電子的運(yùn)動(dòng)軌道和能量。電子的運(yùn)動(dòng)軌道和能量。 軌道磁量子數(shù)軌道磁量子數(shù)m m

2、l l：m ml l=0,=0,1 1l l ，描述軌道角動(dòng)量，描述軌道角動(dòng)量 的取向的取向 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù)s s：s=1/2,s=1/2,不能區(qū)別電子的狀態(tài)。不能區(qū)別電子的狀態(tài)。 自旋磁量子數(shù)自旋磁量子數(shù)m ms s：m ms s= =1/2,1/2,描述自旋運(yùn)動(dòng)的取向。描述自旋運(yùn)動(dòng)的取向。 軌道角量子數(shù)軌道角量子數(shù)l l：描述軌道角動(dòng)量的大小。：描述軌道角動(dòng)量的大小。 2、玻爾的電子分布設(shè)想、玻爾的電子分布設(shè)想 原子中電子的狀態(tài)和元素性質(zhì)的周期性有怎樣的聯(lián)系原子中電子的狀態(tài)和元素性質(zhì)的周期性有怎樣的聯(lián)系 呢？玻爾認(rèn)為：元素性質(zhì)的周期性源于原子內(nèi)電子排呢？玻爾認(rèn)為：元素性質(zhì)的周期性源于

3、原子內(nèi)電子排 列的周期性。列的周期性。 設(shè)想內(nèi)容：設(shè)想內(nèi)容：（1 1）原子內(nèi)電子排列成若干殼層，同）原子內(nèi)電子排列成若干殼層，同 一殼層的電子具有相同的一殼層的電子具有相同的n n （2 2）每一殼層可以容納一定數(shù)目的電子。）每一殼層可以容納一定數(shù)目的電子。 3、 泡利不相容原理泡利不相容原理（1925年）年） 在一個(gè)原子中，不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子在一個(gè)原子中，不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子 具有完全相同的四個(gè)量子數(shù)（具有完全相同的四個(gè)量子數(shù)（ ），即），即 原子中的每一個(gè)狀態(tài)只能容納一個(gè)電子。原子中的每一個(gè)狀態(tài)只能容納一個(gè)電子。 sl mmln, 4、泡利不相容原理的物理意義、泡利不相容

4、原理的物理意義 1）是微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律之一。）是微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律之一。 2）可以解釋原子內(nèi)部電子分布的狀況和元素周期律。）可以解釋原子內(nèi)部電子分布的狀況和元素周期律。 泡利泡利不相容原理不相容原理所反映的這種嚴(yán)格的排斥性的物理所反映的這種嚴(yán)格的排斥性的物理 本質(zhì)是什么本質(zhì)是什么？至今仍是未完全揭開之至今仍是未完全揭開之謎謎。 5 5、適用范圍、適用范圍 只適用于費(fèi)米子只適用于費(fèi)米子 6 6、泡利不相容原理的應(yīng)用舉例、泡利不相容原理的應(yīng)用舉例 （1 1）氦原子的基態(tài)）氦原子的基態(tài) （2 2）原子的大?。┰拥拇笮?舊量子論的解釋：所有的電子都處在能量最低的舊量子論的解釋：所有的電子都

5、處在能量最低的 基態(tài)，原子序數(shù)大，原子半徑小。（見書基態(tài)，原子序數(shù)大，原子半徑小。（見書221221） 不相容原理的解釋：每個(gè)軌道上只能容納一定數(shù)不相容原理的解釋：每個(gè)軌道上只能容納一定數(shù) 目的電子，因此各原子線度基本相同。目的電子，因此各原子線度基本相同。 （3 3）金屬中的電子）金屬中的電子 見書見書221221 1、定義：同科電子、定義：同科電子是指是指n、l 相同的電子。相同的電子。 說明：說明：同科電子形成的原子態(tài)比非同科電子形成的同科電子形成的原子態(tài)比非同科電子形成的 原子態(tài)少。原子態(tài)少。 例例：1s1s 組態(tài)和組態(tài)和 1s2s 組態(tài)不同。組態(tài)不同。 1s1s 0 1s 1s2s

6、1 3 0 1 ,ss 2、兩個(gè)兩個(gè) p 態(tài)同科態(tài)同科電子形成的原子態(tài)。電子形成的原子態(tài)。 n 不同（非同科）不同（非同科） 情況形成的原子情況形成的原子 態(tài)態(tài) l s = 0 s = 1 0 1 2 1 1p 2 1d 0 1s 2, 1 , 0 3p 3 , 2, 1 3d 1 3s 二、同科（等效）電子合成原子態(tài)二、同科（等效）電子合成原子態(tài) 第四節(jié)：元素性質(zhì)的周期變化（見書第四節(jié)：元素性質(zhì)的周期變化（見書226） 1869年，門捷列夫首先提出元素周期表（按原年，門捷列夫首先提出元素周期表（按原 子量的次序排列），反映元素性質(zhì)的周期性變化。子量的次序排列），反映元素性質(zhì)的周期性變化。 玻

7、爾是第一個(gè)給予周期表物理解釋，（玻爾是第一個(gè)給予周期表物理解釋，（1916 1918年）把元素按電子組態(tài)的周期性排列成表。年）把元素按電子組態(tài)的周期性排列成表。 1925年泡利提出不相容原理后，才比較深刻地年泡利提出不相容原理后，才比較深刻地 理解到，元素的周期性是理解到，元素的周期性是電子組態(tài)電子組態(tài)周期性的反映。周期性的反映。 從而用物理知識(shí)解釋了化學(xué)問題。從而用物理知識(shí)解釋了化學(xué)問題。 一、一、 原子中電子殼層結(jié)構(gòu)原子中電子殼層結(jié)構(gòu) 決定電子所處狀態(tài)的決定電子所處狀態(tài)的準(zhǔn)則準(zhǔn)則 （1）泡利不相容原理；（每狀態(tài)允許容納的電子數(shù)）泡利不相容原理；（每狀態(tài)允許容納的電子數(shù)） （2）能量最小原理

8、（體系能量最低時(shí)，體系最穩(wěn)定）能量最小原理（體系能量最低時(shí)，體系最穩(wěn)定）. 1、殼層的定義：、殼層的定義： 主量子數(shù)主量子數(shù) n 決定電子能量的主要部決定電子能量的主要部 分，分， n相同的電子構(gòu)成了一個(gè)殼層。相同的電子構(gòu)成了一個(gè)殼層。 原子中按原子中按能量能量分成許多分成許多殼層殼層和和支殼層支殼層 2、支殼層的定義：、支殼層的定義：同一殼層中不同的同一殼層中不同的 l 形成形成支支殼層。殼層。 )12(2ln l 3、支殼層、支殼層 l 最多電子數(shù)最多電子數(shù) （表見書（表見書232） 2 1 0 2) 12(2nln n l n 4、殼層、殼層 n 最多電子數(shù)最多電子數(shù) 各殼層可以容納的最

9、多電子數(shù)各殼層可以容納的最多電子數(shù) 5 5、滿（支）殼層（又稱閉合殼層）、滿（支）殼層（又稱閉合殼層） 定義：定義：當(dāng)（支）殼層上的電子數(shù)等于所能容納的電當(dāng)（支）殼層上的電子數(shù)等于所能容納的電 子數(shù)目時(shí)，稱為滿（支）殼層。子數(shù)目時(shí)，稱為滿（支）殼層。 特點(diǎn)：（特點(diǎn)：（1 1）滿（支）殼層電子的磁量子數(shù)為）滿（支）殼層電子的磁量子數(shù)為 0 ll mm 0 ss mm （2 2）滿（支）殼層電子的各種角量子數(shù)為零。因）滿（支）殼層電子的各種角量子數(shù)為零。因 此，滿殼層的電子各種角動(dòng)量為零，原子的角動(dòng)此，滿殼層的電子各種角動(dòng)量為零，原子的角動(dòng) 量由未滿殼層的電子所貢獻(xiàn)。量由未滿殼層的電子所貢獻(xiàn)。 決

10、定殼層決定殼層次序次序的是的是能量最小能量最小原理。（電子填充原理。（電子填充 的次序決定于哪個(gè)殼層能量最低）的次序決定于哪個(gè)殼層能量最低） 主主量子數(shù)量子數(shù) n ：一般情況由：一般情況由小小 大大見書見書233 三、殼層的能量次序三、殼層的能量次序 經(jīng)驗(yàn)規(guī)律經(jīng)驗(yàn)規(guī)律1 1：n+ln+l相同時(shí)，先填相同時(shí)，先填n n小的；小的； n+ln+l 不相同時(shí)，若不相同時(shí)，若n n相同，則先填相同，則先填l l小的，若小的，若n n不不 同，則先填同，則先填n n大的殼層。見書大的殼層。見書235235 經(jīng)驗(yàn)規(guī)律經(jīng)驗(yàn)規(guī)律2 2：電子大致按（：電子大致按（n+0.7n+0.7l l）值的大小依次值的大小

11、依次 填充到各支殼層中。填充到各支殼層中。 4f 5f 3d 4d 5d 2p 3p 4p 5p 6p 1s 2s 3s 4s 5s 6s 殼層和次殼層填充次序的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律殼層和次殼層填充次序的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律 ： 原子基態(tài)一些基本規(guī)律原子基態(tài)一些基本規(guī)律 2 2、滿（支）殼層外只有一個(gè)價(jià)電子（組態(tài)（、滿（支）殼層外只有一個(gè)價(jià)電子（組態(tài)（nlnl） 的原子，其基態(tài)由這個(gè)電子決定的原子，其基態(tài)由這個(gè)電子決定 1 , 2 sjls 1 1、滿（支）殼層的原子基態(tài)譜項(xiàng)均為、滿（支）殼層的原子基態(tài)譜項(xiàng)均為 1 0 s 3 3、x x為最外層電子數(shù)，當(dāng)為最外層電子數(shù)，當(dāng) 時(shí)，原子時(shí)，原子 的基態(tài)比為的基態(tài)比為s

12、s態(tài)，原子的自旋角量子數(shù)為態(tài)，原子的自旋角量子數(shù)為 基態(tài)譜項(xiàng)為基態(tài)譜項(xiàng)為 21xl 1 , 2 sx js 1 1 2 x x s 4 4、n n為滿支殼層的電子數(shù)，電子組態(tài)分別為為滿支殼層的電子數(shù)，電子組態(tài)分別為 和和 的兩個(gè)原子的基態(tài)具有相同的的兩個(gè)原子的基態(tài)具有相同的l l和和s s值，值， 只是只是j j值不一樣。值不一樣。 () x nl () nx nl 五、朗德間隔定則五、朗德間隔定則: 1.1.表述表述: : 在三重能級(jí)結(jié)構(gòu)中在三重能級(jí)結(jié)構(gòu)中, ,一對(duì)相鄰能級(jí)的間一對(duì)相鄰能級(jí)的間 隔與兩個(gè)隔與兩個(gè)j j值中較大的那個(gè)值成正比。值中較大的那個(gè)值成正比。 2.2.證明證明: : s m e s * 23 0 1 4 z e l b mc r lss ub ls uks