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1、第七章 原子的壳层结构7.1 元素性质的周期变化1869 年，门捷列夫首先提出元素周期表（按原子量的次序排列），反映元素性质的周期性变化。 玻尔是第一个给予周期表物理解释，（1916 1918 年）把元素按电子组态的周期性排列成表。1925 年泡利提出不相容原理后，才比较深刻地理解到，元素的周期性是电子组态周期性的反映。而 电子组态的周期性与特定轨道的可容性像联系。原子序数 : 原子中电子数目（原子核电荷数）。排 在同一列的元素具有相似的化学性质和相仿的光谱结构。7.2 原子的电子壳层结构决定电子所处状态的准则（1）泡利不相容原理；（每状态允许容纳的电子数） （2）能量最小原理（体系能量最低时
2、，体系最稳定）.电子按能量分成许多壳层，能量相同的电子 可视为分布在同一壳层。主量子数 n : 决定电子能量的主要部分，相同 n 的电子在同一壳层。 角 量子数l :同一壳层中l = 0，1，.（n-1）,不同的l形成次壳层。次壳层Z最多电子数 N = 2（2/ + 1）n-壳层最多电子数 N旳=工2（2/ + 1） = 2/?1=0各壳层可以容纳的最多电子数壳层* n123456最多电子数2818325072次丸绘.10010120123012340123F址多电子数2（21+）226261()26J014210141K2610)4187.3 原子基态的原子组态 决定壳层次序的是能量最小原理
3、。（电子填充的次序决定于哪个壳层能量最低），主量子数 n :一般情况由小 到大（细微并非如此）主量子数（1）每一种原子就核外电子部分说，是周期表中前一位元素的原子加一个电子而成。（2）原子的基态是原子能量最低的状态，所有电子均处在各自尽可能低的能量状态中。单电子填充次序n = l Ben = 2n = 111II1问 填充 2 p 次壳层三个格子的次序，是先在一个格子里填一个电子，然后再在各格里配上一个 自旋反向的另一电子，为什么不先把两个自旋相反的电子填满，再填下一个格子？答：根据量子力学的理论，当两电子以相反的自旋取向挤在同一格中时，就意味着它们的轨道 波函数相同，即它们以很大的概率在空间
4、靠近，从而它们的库仑排斥能较大（正），使能级升高； 若两电子以相同的自旋取向填充不同的格子，两态的波函数朝不同的方向延伸，电子靠近的概率小 它们之间的排斥能也减小了，能级降低。说明为什么在同一次壳层里，电子尽先以相同的自旋取向分散填充不同格子的缘故。所以，对 于给定的电子组态，原子的基态倾向于采取总自旋较大的方式。按照原子序数排列，每一步电子究竟填充哪个态？各元素原子基态的电子组态如何？根据量子 力学理论，最重要靠实验来确定。组态7P6d詁養圧中的电子数ZlO b电/电子在每闭瓷宦的总数610236 ( Kr)143286 ( Rn)186JO2别（Xc ）-18( Ar)2 ( He )5.
5、4复杂原子光谱的一般规律1.光谱和能级的位移律原子 序数Z的 中性原子相似光谱和能级原子序数Z+1的原子一 次电离后例：H：和H, He和占等(具有相同的电子数 和组态)19K20Ca21Se22Ti23V单一单一双重双重双重三重三重四重四重五重六重2.多重性的交换律周期表顺序的 元素交替地具有偶 数或奇数的多重态.3. 三个或三个以上价电子的原子态推导 在乙S耦合中，能级结构重数=25+1 .(1) 三个价电子时，在两电子的结构上再加上 一个电子*例 二电子的S = o , 1 ;加上一电子*=1/2卜子I 7双重 四重双重(2) 任何原子的状态，基态和激发态，可视为它的 一次电离离子+ 个
6、电子形成.一次电离离子状态与周期表前一元素状态相似. 前一元素状态推断，后一元素状态Pj=Pl+Ps新加电子的、轨道角动量L = Lp+l. +1Lp-l S=Sp +s, Sp sPl = Plp + Pi f、 原原子或离子 总轨道角动量，例 若一个原子系统由三个电子纽成,一个处在S 态、另一个处在P态、第三个处在态，若它们之 间的耦合是IS竊合，试写出所有可能的原子态， 给出原子态符号。解：根据题意= 0, /2 = 1, /3 = 2.L =：,2,1 = 0,1 S = Sp +耳，Sp-s原子态彳1 33=P i夺合113/2,1/25/2,3/27/2,5/2132?22 2 x
7、2 2 2315/2,3/2,1/27/2,5/2,3/2, 1/29/2, 7/2,5/2,3/2ApI1 I 3 5? 2?2 .4。r 3 5 4F2 3 5 7 5 ?2?/：(. SL)J有3可能值72?2(3) 对jj耦合同样按二电子体系的法则计算.(4) 对同科电子仍需考虑泡利不相容原理.4. 能级高低的洪特定则对三个或三个以上价电子的原子仍成立5. 朗德间隔定则在多电子的原子中同样适用.6.能级次序的规律J(正常次序和倒转次序)正常次序次壳层中同 科电子数满壳层允许电 子数的一半例原子序数z二6的碳原子的基态最外层的两个曲子是2p2p组态，根据3耦合可以形成五个研能的 原子态(
8、匕,忆打纬，争，堀)，根据洪特定则和朗德间隔定则，画出这些原子态的能级高低次序图， 并说明哪个原子态是碳原子的基态？起子纽态(1s)2(2s)2(2)2匕2Fl乜*1荡两同科卫电子单态-一一二1形成的原子态5.5辐射跃迁的普用选择定则1 宇称：从原子中电子的空间分布有关的性质来考虑，它的状态可以分为偶性和奇性两类，此性质称宇称. 原子中各电子角量子数之和为偶数称偶宇称；为奇数称奇宇称偶宇称2= I偶数I奇宇称2= I奇数普用选择定则偶宇称奇宇称1-跃迁只能爰生在不同的宇称之间二偶数起子组态变丫百=|奇数动的定则 ：2.很据藕合类型有如下定则rA5 二 0耦合AZ =单电子情况s 不变，不必列出
9、.（2）叼耦合j Ay =（0 一 0）*/ J选择定则成至条件：电偶极辐射（一般情况）。（电四极，磁偶极等类型辐射不满足叹上选择定则）AJ = Of 1 （?一“ 的卜）5.6原子激发和辐射跃迁的一个实例一氮氛漱光器氮氛漱光器纽成：玻璃或石英管中将H亡原子Ne原子两个赳子（lmmHg）卜混合十个电子（OJmmHg） 口 激光产生原理血原子错|ls2i两亚稳态（%対）W子间畔駕篇辔聞就因氤原子的原子数反转氛原子受激 辐射产生漱光X1OJ412基态氨氛能级例 锌原子（Z = 30）的最外层电子有两个，基态时的组态是4s4s，当其中有一个被激发，考虑 两种情况：（1）一个电子被激发到5s态；（2）它被激发到4p态。试求出在LS耦合情况下，这两 种组态分别形成的原子状态，画出相应的能级图，从（1）和（2）情况形成的激发态向低能级跃迁 分别各有几种光谱跃迁。M 基态4s4s纽态选择定则AS = 0先严卜）4$ （1） 4s4s 一- 4s5s 纽态 5埋 5謁（2）4s4s 4囂4p 鈕态 4出 4% 12AJ = 0? 1（5耦合）AZ = 0, 1
