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1、第七章原子的壳层结构第1页，共21页，编辑于2022年，星期一第2页，共21页，编辑于2022年，星期一尽管元素性质的周期性早在尽管元素性质的周期性早在尽管元素性质的周期性早在尽管元素性质的周期性早在1869186918691869年就提出来了年就提出来了年就提出来了年就提出来了,但人们对此却无但人们对此却无但人们对此却无但人们对此却无法给出一个满意的解释，直到法给出一个满意的解释，直到法给出一个满意的解释，直到法给出一个满意的解释，直到50505050年后的年后的年后的年后的BohrBohrBohrBohr时代，才由时代，才由时代，才由时代，才由BohrBohrBohrBohr给出给出给出给
2、出了物理解释。了物理解释。了物理解释。了物理解释。1925192519251925年年年年PauliPauliPauliPauli提出不相容原理，人们这才深刻地认提出不相容原理，人们这才深刻地认提出不相容原理，人们这才深刻地认提出不相容原理，人们这才深刻地认识到，元素性质的周期性识到，元素性质的周期性识到，元素性质的周期性识到，元素性质的周期性,是电子组态周期性的反映。下面我们是电子组态周期性的反映。下面我们是电子组态周期性的反映。下面我们是电子组态周期性的反映。下面我们从讨论各从讨论各从讨论各从讨论各”轨道轨道轨道轨道”的电子容量入手的电子容量入手的电子容量入手的电子容量入手,讨论电子的填充
3、次序以及能级相讨论电子的填充次序以及能级相讨论电子的填充次序以及能级相讨论电子的填充次序以及能级相对高、低的一般规律。对高、低的一般规律。对高、低的一般规律。对高、低的一般规律。第3页，共21页，编辑于2022年，星期一7.2 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构1.1.描述电子状态的两套量子数描述电子状态的两套量子数(1)(1)(1)(1)用用用用 量子数描述量子数描述量子数描述量子数描述(无耦合表象无耦合表象无耦合表象无耦合表象)如：原子处于强磁场中，电子的自旋如：原子处于强磁场中，电子的自旋如：原子处于强磁场中，电子的自旋如：原子处于强磁场中，电子的自旋-轨道耦合被解脱。电子的轨道耦合被
4、解脱。电子的轨道耦合被解脱。电子的轨道耦合被解脱。电子的轨道、自旋的取向分别对外磁场量子化。轨道、自旋的取向分别对外磁场量子化。轨道、自旋的取向分别对外磁场量子化。轨道、自旋的取向分别对外磁场量子化。(2)(2)(2)(2)用用用用 量子数描述量子数描述量子数描述量子数描述(耦合表象耦合表象耦合表象耦合表象)电子的自旋电子的自旋电子的自旋电子的自旋-轨道耦合时，轨道耦合时，轨道耦合时，轨道耦合时，不再有确定的值。如：原不再有确定的值。如：原不再有确定的值。如：原不再有确定的值。如：原子处于弱磁场中；子处于弱磁场中；子处于弱磁场中；子处于弱磁场中；j-j j-j j-j j-j 耦合情形。耦合情
5、形。耦合情形。耦合情形。第4页，共21页，编辑于2022年，星期一3.3.壳层和次壳层最多容纳电子数壳层和次壳层最多容纳电子数同一个原子中同一个原子中同一个原子中同一个原子中,不可能有两个或两个以上的电子处在同一个状态；也就是说，不可能有两个或两个以上的电子处在同一个状态；也就是说，不可能有两个或两个以上的电子处在同一个状态；也就是说，不可能有两个或两个以上的电子处在同一个状态；也就是说，不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个量子数。不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个量子数。不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个量子数。不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个
6、量子数。2.2.泡利不相容原理泡利不相容原理相同主量子数相同主量子数相同主量子数相同主量子数 的电子构成一的电子构成一的电子构成一的电子构成一壳层壳层壳层壳层；每一壳层中，不同的；每一壳层中，不同的；每一壳层中，不同的；每一壳层中，不同的 分分分分为不同的为不同的为不同的为不同的次壳层次壳层次壳层次壳层。(1)(1)(1)(1)用用用用 量子数描述时量子数描述时量子数描述时量子数描述时 对确定的主量子数对确定的主量子数对确定的主量子数对确定的主量子数 ,共取共取共取共取 个值；个值；个值；个值；对每一对每一对每一对每一 ，共共共共 个值，对每一个值，对每一个值，对每一个值，对每一 每一次壳层最
7、多容纳电子数：每一次壳层最多容纳电子数：每一次壳层最多容纳电子数：每一次壳层最多容纳电子数：第5页，共21页，编辑于2022年，星期一每一壳层最多容纳电子数：每一壳层最多容纳电子数：每一壳层最多容纳电子数：每一壳层最多容纳电子数：(2)(2)(2)(2)用用用用 量子数描述时量子数描述时量子数描述时量子数描述时 对确定的主量子数对确定的主量子数对确定的主量子数对确定的主量子数 ,共取共取共取共取 个值；个值；个值；个值；对每一对每一对每一对每一 ，有两个，有两个，有两个，有两个 值：值：值：值：对每一对每一对每一对每一每一次壳层最多容纳电子数：每一次壳层最多容纳电子数：每一次壳层最多容纳电子数
8、：每一次壳层最多容纳电子数：每一壳层最多容纳电子数：每一壳层最多容纳电子数：每一壳层最多容纳电子数：每一壳层最多容纳电子数：第6页，共21页，编辑于2022年，星期一 各壳层可以容纳的最多电子数各壳层可以容纳的最多电子数56壳层名称壳层名称最多电最多电子数子数 2n2支壳层支壳层最多电最多电子数子数 2(2+1)1 234KLMNOP28183250720 0 10 1 2 3 0 1 2 3 4 50 1 20 1 2 3 4s s ps p ds p d fs p d f g hs p d f g 2 2 6 2 6 10 2 6 1014 2 6 10 14 18 2 6 10 1418
9、32 第7页，共21页，编辑于2022年，星期一原子在正常状态时，每个电子在不违背泡利不原子在正常状态时，每个电子在不违背泡利不相容原理的前提下，总是尽先占有能量最低的相容原理的前提下，总是尽先占有能量最低的状态。状态。4.4.能量最低原理能量最低原理原子中各状态能量高低次序原子中各状态能量高低次序原子中各状态能量高低次序原子中各状态能量高低次序 同一主壳层中（同一主壳层中（n相同而相同而 不同）不同）E(ns)E(np)E(nd)3）电子能级排列大致顺序：电子能级排列大致顺序：电子能级排列大致顺序：电子能级排列大致顺序：第8页，共21页，编辑于2022年，星期一7.3 元素周期表的形成元素周
10、期表的形成1s11s2第一周期第一周期 H 原子处于基态时，核外电子的排布情况原子处于基态时，核外电子的排布情况原子处于基态时，核外电子的排布情况原子处于基态时，核外电子的排布情况He第9页，共21页，编辑于2022年，星期一第二周期第二周期w3.Li w4.Bew5.Bw6.Cw7.Nw8.Ow9.Fw10.Ne1s22s11s22s21s22s22p11s2s2p1s22s22p21s22s22p31s22s22p41s22s22p51s22s22p6第10页，共21页，编辑于2022年，星期一w11.Na 1s22p63s1w12.Mg 1s22p63s2w 13.Al 1s22p63s
11、23p1w 14.Si 1s22p63s23p2w 15.P 1s22p63s23p3w 16.S 1s22p63s23p4w 17.Cl 1s22p63s23p5w 18.Ar 1s22p63s23p6因为3d空着,所以第三周期只有8个元素而不是18个元素第三周期第三周期第11页，共21页，编辑于2022年，星期一第四周期第四周期 从 K 开始填充4s.因为能级交错现象,E4sE3dE4p 所以K开始了第四个主壳层的填充,也就开始了第四周期。4s:K，Ca 3d:Sc-Zn (21-30号元素）过渡元素。号元素）过渡元素。4p:Ga-Kr (31-36号元素）号元素）接下来填接下来填5s次壳
12、层次壳层,第四周期结束。第四周期结束。(18个元素个元素)第12页，共21页，编辑于2022年，星期一第五周期第五周期 5s:Rb,Sr(鍶）鍶）4d:Y-Cd (39-48号元素）过渡元素。号元素）过渡元素。5p:In-Xe (49-54号元素）号元素）接下来填接下来填6s次壳层次壳层,第五周期结束。第五周期结束。(18(18个元素个元素个元素个元素)第13页，共21页，编辑于2022年，星期一第六周期第六周期 6s:Cs,Ba 5d:填填1个电子，个电子，La(57号元素）稀土元素。号元素）稀土元素。4f:Ce(铈）铈）-Lu (58-71号元素）镧系，稀土元素号元素）镧系，稀土元素接下来
13、填接下来填7s次壳层次壳层,第六周期结束。第七周期开始。第六周期结束。第七周期开始。(32(32个元素个元素个元素个元素)5d:72-80号元素（号元素（9个）个）6 p:81-86号元素（号元素（6个）个）第14页，共21页，编辑于2022年，星期一第15页，共21页，编辑于2022年，星期一7.4 原子基态光谱项的确定原子基态光谱项的确定考虑：考虑：考虑：考虑：L-S 耦合耦合耦合耦合；泡利原理；能量最低原理；洪特定则泡利原理；能量最低原理；洪特定则泡利原理；能量最低原理；洪特定则泡利原理；能量最低原理；洪特定则1.1.1.1.满壳层和满次壳层角动量均为零满壳层和满次壳层角动量均为零满壳层
14、和满次壳层角动量均为零满壳层和满次壳层角动量均为零描述原子状态（光谱项）的角动量只取决于未填满的次壳层中描述原子状态（光谱项）的角动量只取决于未填满的次壳层中描述原子状态（光谱项）的角动量只取决于未填满的次壳层中描述原子状态（光谱项）的角动量只取决于未填满的次壳层中的电子总角动量。的电子总角动量。的电子总角动量。的电子总角动量。2.2.2.2.确定原子基态光谱项的简易方法确定原子基态光谱项的简易方法确定原子基态光谱项的简易方法确定原子基态光谱项的简易方法 (1)由泡利原理和能量最低原理求一定电子组态的最大S。(2)求上述情况上的最大L。(3)由半数法则确定J。(4)按2s+1LJ 确定基态原子
15、态（光谱项）。第16页，共21页，编辑于2022年，星期一 其它元素的原子态都有可按上述方法求得。例：Si（硅）基态电子组态是3P2,是两个同科P电子，填充方式为：m:+1 0 -1由此可知 这样便求出了最大S和最大的L（按洪特定则要求）再由半数法则确定J=L-S=0,所以硅（Si）的基态 为L=1,S=1,J=0，可得，3p0 是它的基态的原子态。第17页，共21页，编辑于2022年，星期一第18页，共21页，编辑于2022年，星期一 泡泡 利利Wolfgang Pauli 奥地利人奥地利人 1900-1958获获1945年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖The Nobel Prize in Physics 1945The Nobel Prize in Physics 1945for the discovery of the for the discovery of the Exclusion Exclusion PrinciplePrinciple,also called the Pauli,also called the Pauli PrinciplePrinciple第19页，共21页，编辑于2022年，星期一第20页，共21页，编辑于2022年，星期一第21页，共21页，编辑于2022年，星期一