§26 泡利不相容原理
掌握泡利不相容原理
掌握用泡利原理分析问题的方法
同科电子原子态的确定
① 泡利原理及其应用
② 同科电子原子态的确定
理论讲授
2学时
第五章 多电子原子：泡利原理
§26 泡利不相容原理
一、描述电子状态的量子数(s l m m l n ,,,)
①主量子数n
确定原子中电子在核外空间运动轨道的大小和能量的高低。
一般说来，n →大， 能量→高，轨道半径→大。
②轨道角量子数l 1,,1,0-=n l
l 决定电子轨道的形状和角动量的大小，同时也与能量有关. n 相同时，l →大， 能量→高。
③轨道磁量子数l m
表示轨道角动量在外场方向的投影：l m l ±±=,,1,0 ，共12+l 个取值。
④自旋磁量子数
表示自旋角动量在外场方向的投影：21±
=s m ，共2个取值。
二、泡利不相容原理
在一个原子中，不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的状态(完全相同 的四个量子数)。
即原子中的每个状态只能容纳1个电子。
第五章多电子原子：泡利原理基本要求：1、掌握电子组态的描述，L-S耦合和j-j耦合法则。
2、掌握泡利不相容原理的叙述，懂得写出同科电子合成的原子状态。
3、初步掌握原子结构和元素性质周期变化之间的内在联系。
掌握周期表中原子内层电子分布的一般规律。
重点和难点：1、多电子原子的能级、洪特定则和朗德间隔定则；2、多电子原子跃迁的选择定则；3、泡利原理、能量最低原理；4、元素的基态原子态的确定。
教学方案如下在以前几章中我们讨论了单电子原子体系和具有一个价电子的碱金属原子的光谱，从而获得这些原子能级的情况，并通过电子自旋说明了怎样出现双层结构。
从那些讨论，我们对最简单原子的内部状况已有了一个扼要的了解。
这些知识也是进一步研究较复杂原子结构的基础，本章将讨论具有两个价电子的原子，其中最重要的内容是泡利原理，同时对三个和三个以上价电子的原子作概括性的论述。
§24 氦的光谱和能级最简单的多电子原子是氦原子。
所以我们研究多电子原子时首先讨论的就是氦原子。
一、氦原子的实验光谱结构实验的观察发现氦及周期系第二族元素如铍、镁、钙、锶、钡、镭、锌、镉、汞的光谱有相仿的结构，具有两套谱线系。
两套谱线系之间的区别很大，有一套是单线，另一套较复杂。
从这些元素的光谱，可以推得它们的能级都分成两套，一套是单层的，另一套具有三层结构。
下面我们具体地讨论氦原子的光谱和能级特点。
氦的光谱与碱金属光谱一样，存在一系列的谱线系，如图，因此可借鉴碱金属光谱的分析方法来分析氦原子光谱。
因为具有两套线系，即两个主线系，两个第一辅线系，两个第二辅线系等，之间没有多大联系，并且差别较大，科学家在早期便以为是两种氦原子的光谱。
简单的是仲氦，复杂的是正氦。
现在知道并不是两种氦原子，而是分为两套能级。
二、氦原子的能级结构1．两套结构。
如图，左边是单层，能级对应的总自旋量子数等于0，导致重数为1，所以叫单能级；右边是三层，能级的重数为3。
这两套能级之间不发生跃迁。
原子核外电子的排布遵循的原理和规则原子核外电子的排布遵循一系列原理和规则，其中最重要的是泡利不相容原理、能级分裂、洪特规则和阿夫巴夫原理。
这些原理和规则对于预测和解释原子的化学性质和行为非常重要。
下面将详细介绍每个原理和规则以及它们的应用。
1.泡利不相容原理：由泡利提出的法则，它指出在一个原子的每个电子轨道中，只能有最多两个电子，且这两个电子的自旋方向必须相反。
这个原理的意思是，每个电子轨道只能容纳一对电子。
这样可以确保电子之间的空间位置和能量是最不相似的，从而使原子更加稳定。
2.能级分裂：能级是原子中电子的能量状态的一种表示。
按照能级的升序排列，从核心到外层，每个能级可以容纳一定数量的电子。
根据能级理论，电子趋向于填充最低能量的能级。
当原子有多个电子时，这些电子将分布在不同的能级上。
然而，原子内外层的电子受到不同的引力场作用，因此能级将分裂成若干个亚能级，其中每个亚能级可以容纳一对电子。
3.洪特规则：洪特规则描述了电子在亚能级中排布的顺序。
根据洪特规则，电子首先填充低能量亚能级，然后逐渐填充高能量亚能级。
在每个能级中，首先填充形状为s轨道的亚能级，然后是p、d、f轨道的亚能级。
例如，在3能级中，首先填充3s亚能级，然后填充3p亚能级。
这个规则保证电子填充亚能级的顺序使得原子更加稳定。
4.阿夫巴夫原理：根据阿夫巴夫原理，电子填充亚能级时，首先填满一个能级，然后再开始填充下一个能级。
这意味着，当同一能级有多个亚能级时，电子应忽略这些亚能级之间的能量差异，优先填充未被填满的亚能级。
例如，在4能级中，4s亚能级填满后，尽管4d亚能级能量更高，但电子仍然填充到4d亚能级中，而不是填充到下一个能级的3p亚能级中。
这个原则确保了电子填充能级的方式是最稳定的。
这些原理和规则为我们解释了原子核外电子排布的方式。
它们揭示了电子在原子中的分布模式，帮助我们理解元素周期表和元素化学性质的规律。
此外，它们还用于预测原子的反应性和化学键的形成方式，为我们设计和理解化学反应提供了基础。
