四、原子的壳层结构(§17-4)

    1. 元素性质的周期性

    (1)  将元素按原子量的大小次序排列起来,它们的物理和化学性质会显示出周期性的变化。

    (2)  元素的光谱性质也显示周期性的变化,周期表上同一竖列的诸元素都有相仿的光谱结构。

    (3)  元素的电离能明显地表现出周期性变化,如教材中的图17-8所示,并且幻数的存在,预示着元素性质周期性的更深层次的实质。

    2. 原子中电子的壳层结构

    (1)  用量子数(n, l, m, s, ms)描述原子中电子所处的状态,而其中自旋量子数是固定值(1/2),所以一般只用四个量子数(n, l, m, ms)表示原子中电子所处的状态。

    (2)  电子在状态上的分布所遵从的规律是泡利不相容原理和能量最低原理:

    根据泡利不相容原理,由一组量子数(n, l, m, ms)所表示的状态,最多只能容纳一个电子;

    根据能量最低原理,随着核外电子的增加,电子总是首先占据能量最低的状态,以保证处于基态的原子的能量是最低的。

    (3)  原子的壳层和支壳层

    主量子数n相同的各状态属于同一个壳层,对应于n = 1, 2, 3, 4, 5, 的壳层,分别称之为K, L, M, N, O, 壳层;

    在一个壳层中,按照角量子数l的不同又可以划分为n个支壳层,对应于l = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 的各支壳层,分别用s, p, d, f, g, h, 表示。

    3. 原子的基态

    (1)  对于正好填满支壳层的原子,自旋角动量、轨道角动量和总角动量都必定等于零,这种原子的基态为

    (2)  对于尚未填满支壳层的原子,其原子态只决定于未满支壳层上的电子组态。在由同一电子组态所形成的不同原子态中,能量的高低可以用洪德法则加以判断。

    (3)  在由电子组态得到原子态时必须知道价电子之间的相互作用性质,即属于LS耦合,还是j j耦合。正如大家在前面所说的,几乎所有的原子基态能级和轻原子的低激发态能级,都是在LS耦合下形成的。

       
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