四个量子数.doc

1-4. 四个量子数

描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近(电子层数);
决定电子能量高低。
取值: n=1 2 3 4 5 6 ……
电子层符号 K L M N O P……
对于氢原子其能量高低取决于n
但对于多电子原子,电子的能量除受电子层影响,还因原子轨道形状不同而异,(即受角量子数影响)
(2) 角量子数l,它决定了原子轨道或电子云的形状或表示电子亚层(同一n层中不同分层)
意义: 在多电子原子中,角量子数与主量子数一起决定电子的能量。
之所以称l为角量子数,是因为它与电子运动的角动量M有关。
如 M=0时,说明原子中电子运动情况同角度无关,即原子轨道或电子云形状是球形对称的。
.角量子数,l只能取一定数值
l = 0 1 2 3 4 ……(n-1)
电子亚层 s p d f g
说明M是量子化的,具体物理意义是:电子云(或原子轨道)有几种固定形状,不是任意的。
如: s p d f
球形对称哑铃形花瓣形 180°,90°棒锤形
第一电子层仅有 l s 电子,(l =0)
第二电子层有 2s,2p电子(l =0, 1)
第三电子层有 3s, 3p, 3d 电子(l =0, 1, 2…)
依此类推。见p76表3-2
.对H和类氢离子来说:
E1s<E2s<E3s<E4s
E4s=E4p=E4d=E4f
但对多电子原子来说:存在着电子之间的相互作用,n相同,l不同时,其能量也不相等。一般应为:
Ens<Enp<End<Enf
也就是说:同一电子层上不同亚层能量也不相同,或说同一电子层上有不同能级.
∴2s,2p又称能级。
线状光谱在外加强磁场的作用下能发生分裂,显示出微小的能量差别,即,3个2p轨道,或同是5个d轨道,还会出现能量不同的现象,由此现象可推知,某种形状的原子轨道,可以在空间取不同的伸展方向,而得到几个空间取向不同的原子轨道,各个原子轨道能量稍有差别。
(3) 磁量子数m
决定波函数(原子轨道)或电子云在空间的伸展方向,决定角动量在空间的给定方向上的分量大小。
m 取值: m=0, ±1,±2,±3……±l
例:n=2, l = 0, 1 m = 0, ±1
2px, 2py, 2pz 三种情况
三个轨道的能量是相等的(简并轨道),但在外磁场作用下,可发生分裂,出现微小的能量差别。
以上2px, 2py, 2pz,我们称为三个原子轨道。即代表核外电子的三种运动状态,例如 2pz 表示,核外电子处于第二电子层,是哑铃形,沿z轴方向分布,由此可深刻理解三个量子数n, l, m决定核外电子的一种空间运动状态。
注意:m=0, 表示一种状态。对s电子来讲,仅一种球形对称的电子云,对其它电子来说****惯上把m=0,规定为z轴方向分布
磁量子数m与角量子数l的关系
l
m
空间运动状态数
0
0
s 轨道
一种
1
+1,0,-1
p轨道
三种
2
+2,+1,0,-1,-2
d轨道
五种
3
+3,+2,+1,0,-1, -2,-3
f轨道
七种
(4)自旋量子数ms
ms = ±1/2, 表示同一轨道中电子的二种自旋状态
ms称自旋量子数
取值:ms=±1/2,即仅有两种运动状态