高二物理競賽：原子的殼層結(jié)構(gòu)課件

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原子序數(shù):原子中電子數(shù)目（原子核電荷數(shù)）.

1869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.

玻爾是第一個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.

1925年泡利提出不相容原理后，才比較深刻地理解到，元素的周期性是電子組態(tài)周期性的反映.而電子組態(tài)的周期性與特定軌道的可容性相聯(lián)系.2不變

泡利不相容原理（1925年）

在同一個原子中，不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全相同的四個量子數(shù)（），即原子中的每一個狀態(tài)只能容納一個電子.磁量子數(shù)自旋磁量子數(shù)

描述電子運動狀態(tài)的量子數(shù)泡利(WolfgangPauli)3

決定電子所處狀態(tài)的準(zhǔn)則（1）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（體系能量最低時，體系最穩(wěn)定）.

主量子數(shù)

n

:決定電子能量的主要部分，相同n

的電子在同一殼層.

電子按能量分成許多殼層，能量相同的電子可視為分布在同一殼層.

角量子數(shù)

l

：同一殼層中

l=0，1，，（n-1），不同的

l

形成分殼層.4分殼層l

最多電子數(shù)殼層n

最多電子數(shù)原子中各殼層可容納的最多電子數(shù)

l

0123456

s

p

d

f

g

h

in1234567KLMNOPQ2222222666666101010101014141414181818222226

2818325072985原子結(jié)構(gòu)示意圖

價電子：最外層的電子，它決定原子的化學(xué)性質(zhì).6

決定殼層次序的是能量最小原理.（電子填充的次序決定于哪個殼層能量最低）

原子的基態(tài)是原子能量最低的狀態(tài)，所有電子均處在各自盡可能低的能量狀態(tài)中.原子態(tài)次序圖7Z電子自旋在Z軸上分量量子化

電子自旋角動量（電子的基本屬性，無經(jīng)典對應(yīng)）自旋量子數(shù)自旋磁量子數(shù)自旋角動量量子化8

斯特恩–

蓋拉赫實驗1921年斯特恩和蓋拉赫首先發(fā)現(xiàn)類氫元素鋰原子射線束經(jīng)過非均勻磁場后分成對稱的兩束（銀、銅等原子也有此現(xiàn)象）.根據(jù)量子力學(xué)理論,其原因與電子的自旋有關(guān).S屏有磁場無磁場非均勻磁場原子源狹縫N實驗裝置一、原子核的穩(wěn)定性原子核的穩(wěn)定性，是指原子核不會自發(fā)地改變其質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)和它的基本性質(zhì).按原子核的穩(wěn)定性可分為穩(wěn)定原子核和不穩(wěn)定(或放射性)原子核兩類.預(yù)測核的穩(wěn)定性的經(jīng)驗規(guī)則：1.原子核中的質(zhì)子數(shù)等于和大于84的原子核是不穩(wěn)定的.2.具有少于84個質(zhì)子的原子核，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均為偶數(shù)時，其核穩(wěn)定.3.質(zhì)子數(shù)或中子數(shù)等于2,8,20,28,50,82,126的原子核特別穩(wěn)定.這些數(shù)稱為幻數(shù).4.中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之比n/p，在Z＜20時，原子核穩(wěn)定.隨著原子序數(shù)增加，值增大.Z在中等數(shù)值時約為1.4；Z在90左右約為1.6，比值越大，穩(wěn)定性越差.二、原子核衰變

不穩(wěn)定的原子核都會自發(fā)地轉(zhuǎn)變成另一種核而同時放出射線，這種變化叫放射性衰變.實驗發(fā)現(xiàn)原子核在衰變過程中放出的射線有三種：α射線、β射線和γ射線.三、放射性衰變定律設(shè)有某種放射性同位素樣品，單獨存在時，某時刻t樣品中有N個核.在t～t＋dt時間內(nèi)有dN個核發(fā)生衰變，dN應(yīng)與dt成正比，與t時刻的核數(shù)N成正比，則式中λ是表征衰變快慢的比例常數(shù)，叫做衰變常數(shù).負號表示原子核數(shù)在減少.設(shè)t＝0時N＝N0，將式(17.14)積分，得表明衰變常數(shù)λ的物理意義是：在t時刻，每單位時間衰變的原子核數(shù)與該時刻原子核總數(shù)的比.也可以說λ是表征單位時間原子核衰變的概率.λ越大，衰變越快.半衰期的定義是：原子核衰變到N＝N0所需的時間.

有時也用平均壽命τ表示衰變的快慢.平均壽命是指每個原子核衰