物质结构与性质
By H.L. - 1 - 一、基态与激发态 原子光谱
1.基态与激发态
处于最低能量的原子叫做基态原子(ground state atom)，基态是原子最基本的状态，是稳定的状
态；当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子(excited atom)；
激发态原子不稳定，电子又会跃迁到能量较低的能级，并释放能量；其转化关系如下：
光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一，在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、
激光、焰火……都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关；
2.原子光谱atomic spectrum
①原子光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素
的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱；
②发射光谱(emission spectrum)是暗色背景的明亮谱线，吸收光谱(absorption spectrum)则是明亮
背景的暗色谱线，两者谱线一一对应(因为两个能级之间电子跃迁，吸收的能量和释放的能量
相同)；
※铯cesium，1860年发现，其光谱图中有特征的蓝光，在拉丁语里，铯的含意是天蓝色；
※铷rubidium，1861年发现，其光谱图中有特征的红光，在拉丁语里，铷的含意是深红色；
※氦helium，1868年分析太阳光谱发现的，来源于希腊文，原意是“太阳”；
物质结构与性质
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③原子光谱的应用
不同元素产生不同的原子光谱，在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，
称为光谱分析(spectrum analysis)，历史上，利用光谱分析也曾发现了许多新元素；
二、构造原理与电子排布式
泡利原理和洪特规则的应用
一、泡利原理
泡利原理（Pauli exclusion principle）是量子力学中反映自旋统计规律的一项基本原理。它由奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利于1925年提出，并在1930年获得了诺贝尔物理学奖。
泡利原理的内容是：一个特定的系统中，每个自旋半整数的费米子（如电子、质子、中子等）都具有唯一的量子态，即其态函数必须是反对称的。换句话说，在一个多电子体系中，任意两个电子不可能处于完全相同的状态。这意味着具有相同自旋的电子不能占据同一个量子态。具体表达为：对于自旋为1/2的电子，电子的四个量子数（主量子数n、轨道量子数l、磁量子数ml和自旋量子数ms）不可能完全相同。
泡利原理在原子、分子和固体中的电子结构描述中有广泛应用。例如，在描述原子的电子构型时，根据泡利原理，每个轨道可以容纳的最多电子数是两个，并且电子的自旋量子数必须不同。这解释了为什么原子层和电子壳层中的电子数量存在一定规律。此外，泡利原理还解释了为什么会出现化学键的形成，因为化学键的形成可以通过电子的空间分布和自旋量子数的不同来实现。
二、洪特规则
洪特规则（Hund's rules）由德国物理学家弗里德里希·奥古斯特·洪特于1927年提出，是泡利原理的延伸和应用。洪特规则用于描述多电子原子中电子填充能量最低的方式。
洪特规则的具体内容包括以下三条： 1.不考虑电子相互作用时，电子首先填充能量最低的轨道。
2.在填充相同能量轨道的电子中，尽可能使自旋方向相同，即尽量使电子的自旋量子数相等。
3.当填充具有不同能量的轨道时，绝大多数情况下电子尽可能分布在不同的轨道上，以最大化电子的整体自旋角动量。
洪特规则在描述原子的电子构型和分子的化学键形成中有广泛的应用。例如，在填充原子能级时，根据洪特规则，会首先填充能量最低的轨道，再填充高能级的轨道。这解释了为什么会有不同能级的壳层和电子云。此外，根据洪特规则，电子在填充部分充满的能级时，会尽量保持自旋方向相同，形成同向自旋，这解释了为什么会出现磁性现象。
第四章：碱金属原子和电子自旋
锂、钠、钾、铷、铯、钫
化学性质相仿、都是一价、电离电势都比较小，容易被电离，具有金属的一般性质。
一、碱金属原子的光谱
1、四个线系（锂为例）：其他碱金属光谱系相仿，只是波长不同
主线系:波长范围最广，第一条线是红色的，其余在紫外，系限2299.7埃；
第一辅线系（漫线系）：在可见部分；
第二辅线系（锐线系）：第一条线在红外，其余在可见部分；
伯格漫线系（基线系）：全在红外。
2、巴尔末氢原子光谱规律：,5,4,3),1-21(1~22===nnRvHλ
碱金属原子光谱：2*∞-~~nRvvn= R为里德伯常数，当，所以∞v~是线系限的波数，且有效量子数*n不是整数，Δ==-*nTRn
3、碱金属原子的光谱项：22*Δ)-(nRnRT==
4、同一线系的有效量子数与主量子数差别不大；与某一量子数对应不同线系的有效量子数差别明显，引进角量子数加以区分：
5、每一线系线系限波数恰好是另一线系第二谱项值中最大的那个。
共振线：主线系第一条。
6、碱金属原子氢原子能级的比较
n很大时，碱金属原子能级 很接近氢原子能级；
n较小时，碱金属原子能级 与氢原子能级相差大; 且n 相同，
l不同的能级高低差别很大。
二、原子实极化和轨道贯穿：原子=原子实+价电子
1、原子实：碱金属原子中的电子具有规则组合，共同点是在一个完整的结构之外，多余一个电子，这个完整而稳固的结构称为原子实。由于原子实的存在，发生原子实的极化和轨道在原子实中的贯穿。
2、价电子：原子实外的那个电子称作价电子。价电子在较大的轨道上运动，与原子实结合不是很强，容易脱离。它决定元素的化学性质，在较大的轨道上运动。
3、原子实的极化：由于价电子的电场的作用，原子实中带正电的原子核和带负电的电子的中心发生微小相对位移，于是负电的中心不再在原子核上，形成一个电偶极子。
① 角量子数l小：轨道偏心率大(椭圆)，极化强，能量影响大；
1 目 录
第一章 原子的位形 ................................................................................ 2
第二章 原子的量子态：波尔模型 ............................................................. 8
第三章 量子力学导论……………………………………………………………..12
第四章 原子的精细结构：电子的自旋 ....................... 错误！未定义书签。
第五章 多电子原理：泡利原理…………………………………………………… 23
第六章 X射线 ..................................................................................... 28
第七章 原子核物理概论 .......................................... 错误！未定义书签。
1.本课程各章的重点难点
重点:α粒子散射实验公式推导、原子能量级、氢原子的玻尔理论、原子的空间取向量子化、物质的波粒二象性、不确定原则、波函数及其物理意义和薛定谔方程、电子自旋轨道的相互作用、两个价电子的原子组态、能级分裂、泡利原理、电子组态的原子态的确定等。
难点：原子能级、电子组态、不确定原则、薛定谔方程、能级分裂、电子组态的原子态及基态的确定等。
2.本课程和其他课程的联系
本课程需在高等数学、力学、电磁学、光学之后开设，同时又是理论物理课程中量子力学部分的前导课程，拟在第三学年第一学期开出。
3.本课程的基本要求及特点
第一章 原子的位形：卢瑟福模型
了解原子的质量和大小、原子核式模型的提出；掌握粒子散射公式及其推导，理解α粒子散射实验对认识原子结构的作用；理解原子核式模型的实验验证及其物理意义。
