高二物理競賽：原子的殼層結構課件

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原子序數:原子中電子數目（原子核電荷數）.

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周期性的反映.而電子組態的周期性與特定軌道的可容性相聯系.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（），即原子中的每一個狀態只能容納一個電子.磁量子數自旋磁量子數

描述電子運動狀態的量子數泡利(WolfgangPauli)3

決定電子所處狀態的準則（1）泡利不相容原理（每狀態允許容納的電子數）（2）能量最小原理（體系能量最低時，體系最穩定）.

主量子數

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

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

最多電子數殼層n

最多電子數原子中各殼層可容納的最多電子數

l

0123456

s

p

d

f

g

h

in1234567KLMNOPQ2222222666666101010101014141414181818222226

2818325072985原子結構示意圖

價電子：最外層的電子，它決定原子的化學性質.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）

原子的基態是原子能量最低的狀態，所有電子均處在各自盡可能低的能量狀態中.原子態次序圖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，無經典對應）自旋量子數自旋磁量子數自旋角動量量子化8

斯特恩–

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

不穩定的原子核都會自發地轉變成另一種核而同時放出射線，這種變化叫放射性衰變.實驗發現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時間內有dN個核發生衰變，dN應與dt成正比，與t時刻的核數N成正比，則式中λ是表征衰變快慢的比例常數，叫做衰變常數.負號表示原子核數在減少.設t＝0時N＝N0，將式(17.14)積分，得表明衰變常數λ的物理意義是：在t時刻，每單位時間衰變的原子核數與該時刻原子核總數的比.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