旋涡模型与原子壳层结构
【摘 要】 根据量子力学分析了经典原子物理中核子壳层与核外电子壳层的矛盾以及核内的质子排列与核外的电子排列的不对应性，提出了原子的旋涡壳层结构，解决了核子壳层与核外电子壳层以及核子与电子的排列问题。较为详细的解释了一些至今悬而未解的一些理论问题。对于原子物理和基本粒子的研究有一定的参考价值。
【关键词】 原子壳层结构 旋涡 质子 中子
1 核内外粒子排列存在的问题
元素周期表较好地反映了元素的性质与原子核外电子分布的关系，正确地解释了许多原子物理现象。原子核壳层结构模型也较为理想地解释了幻数和磁矩等基本性质，这些已经得到了实验的检验，在理论上取得了令人鼓舞的成就。但是，影响原子性质的不只是核外电子和核内质子的多少和如何分布，还有核内中子的多少和如何排布。只考虑质子、电子不考虑中子显然是欠缺的，其结果是不正确的。
1.1 核外电子壳层为什么大都未排满
由经典物理，我们知道，电子壳层允许的最大电子数为2、8、18、32、50、72、98，最大电子总数为2、10、28、60、110、182、280，元素周期表从第三周期开始，为什么就没有排满呢？为什么电子会违反能量最低原理而先进入外壳层呢？为什么外壳层的能级反而比内壳层的要小呢？理论预言最大电子总数为280，实际上
只发现了92（铀），制造出了116（uuh）。为什么差了这么多？
1.2 核子壳层为什么与核外电子壳层不对应
早在70年前，原子核的壳层结构模型就已经确定了四个质子层，与核外电子的排列矛盾。为什么核内的质子排列与核外的电子的排列就不能一一对应呢？难道电子是随意排列的吗？为什么幻数理论预言的298（114，184）双幻数核至今未找到呢？
2 原子壳层结构的改进与统一
上述疑难问题将如何回答呢？原有的经典理论则束手无策，只能另辟行径，将原子壳层结构内外协调、统一起来，根据袁玉刚[1]提出的旋涡模型，假设原子是一个太空旋涡。原子核位处旋涡中心（核中心有黑洞），电子位处旋涡外围的赤道两侧，光子应该处于旋涡的边缘。原子旋涡力决定了核内质子和中子数即质量数的大小，可顺理成章的给出核外电子层的多少，同时也决定了原子的性质。质子和中子数及其位置与核外电子数及其位置应是一一对应的。核内某个位置有一个中子，核外某个位置就一定没有电子。核内某个位置有一个质子，核外某个位置就一定有一个电子。如果核内某个位置有一个质子，而核外某个位置没有电子，就缺失了一个电子，就产生出一个空穴来，就能够吸引其它高势能的电子或者原子外的电子来充填。
1 原子结构和元素周期律
5 给出下面每组中可能的量子数：
(1) n = 3 , l = 1 , m = ?
(2) n = 4 , l = ? , m = -1
(3) n = ? , l = 1 , m = +1
答：(1) m = 0 ，±1。
(2) l = 3，2，1。
(3) n ≥2 (或 2,3,4,5,6,7)
8 写出电子构型为1s22s22p5的原子中各电子的全套量子数。
答：
符号 1s2 2s2 2p5
n 1 1 2 2 2 2 2 2 2
l 0 0 0 0 1 1
1 1 1
m 0 0 0 0 +1 +1 0 0 -1
ms
21 21 21 21 21 21 21 21 21
9 将氢原子核外电子从基态激发到2s或2p轨道，所需要的能量是否相同？为什么？如果是氦原子情况又是怎样的？
答：由于氢原子是单电子原子，E2s=E2p，所以将氢原子核外电子从基态激发到2s或2p轨道，所需要的能量相同。氦原子是多电子原子，两个电子间存在斥力E2s≠E2p，所以将氦原子核外电子从基态激发到2s或2p轨道，所需要的能量不相同。
14 30号元素正确
15 填空
元素代号 原子序数 周 期 族 区 价电子排布
1
2
3
4
5 17
37
4
ⅥB
3d104s1
4f75d 16s2
答：
元素代号 原子序数 周 期 族 区 价电子排布 2 1 17 3 ⅦA p 3s23p5
2 24 4 ⅥB d 3d54s1
3 29 4 ⅠB ds 3d104s1
4 37 5 ⅠA s 5s1
原子结构知识：原子的壳层结构
原子是构成物质的基本单位，由一个中心的原子核和围绕其运动的电子构成。在量子力学理论中，原子的电子分布在不同的壳层上，每个壳层可以容纳一定数量的电子。原子的壳层结构对于解释原子的化学性质和物理性质至关重要，因此我们有必要深入了解原子的壳层结构及其性质。
1.原子的壳层结构
原子的壳层结构由一系列能量不同的壳层构成，这些壳层依次编号为K、L、M、N、O、P等。每个壳层内又包含不同的亚壳层，分别用s、p、d、f等字母来表示。这些壳层和亚壳层的能级顺序是确定的，而且每个壳层和亚壳层也有一定的容纳电子数。
2.壳层的命名
壳层的命名是根据德国物理学家C.G. Moseley的工作而得到的。他发现原子的核电荷数Z与原子的光谱线关系密切，根据他的工作，原子核电荷数Z也就是原子序数也就是元素周期数。 3.壳层的能级
原子的壳层能级随着壳层的增加而变化。一般情况下，第一层K的能级最低，依次为L、M、N等。在同一壳层内，不同亚壳层的能级也有所不同，通常s亚壳层的能级最低，依次为p、d、f等。
4.壳层的容纳电子数
每个壳层可以容纳一定数量的电子，这个数量是按照一定规律排布的。第一壳层K能容纳2个电子，第二壳层L能容纳8个电子，第三壳层M能容纳18个电子，第四壳层N能容纳32个电子，第五壳层O能容纳50个电子，以此类推。
5.壳层的电子排布
在填充壳层的电子时，遵循“先满足低能级，再填充高能级”的原则，即按照泡利的排斥原理，不同自旋的电子首先占据同一个轨道，并且每条轨道最多容纳两个电子，且二者的自旋量子数应相反。其次是哈特里-福克定则，也就是说，同壳层的电子排布时首先填充s轨道然后填充p轨道。
6.壳层的化学性质 壳层结构对原子的化学性质产生了重要影响。原子的壳层结构决定了原子的电子结构、原子的化学键合方式、原子的物理性质等。例如，稀有气体的原子壳层结构十分稳定，因此它们不易与其他元素发生化学反应。而某些元素由于壳层结构的特殊性质，能够形成特定的化合物和离子，从而展现出特殊的化学性质。
1 第四章 碱金属原子
1. 已知Li原子光谱主线系最长波长0A6707，辅线系系限波长0A3519.求Li原子第一激发电势和电离电势.
解：主线系最长波长是原子从第一激发态跃迁至基态的光谱线的波长
Ehhc
第一激发电势
1eUE
34811976.626210310V1.850V1.6022106.70710EhcUee
辅线系系限波长是原子从无穷处向第一激发态跃迁产生的
辅线系
~~*2nRn,~~*nn
1925.648910JhceU
23.526VU
电离电势：U=U1+U2=5.376V
2. Na原子的基态3S.已知其共振线波长为58930A，漫线系第一条的波长为81930A，基线系第一条的波长为184590A，主线系的系限波长为24130A。试求3S、3P、3D、4F各谱项的项值.
解：主线系波数 2 ~p22sp,3,4,(3)()nRRnn
~~p2s,(3)nRn
系限波长：p=24130A=72.41310m
~1613S71m4.144210m2.41310T
共振线为主线系第一条线, 是原子从3P到3S跃迁产生的光谱线
共振线波长：λp1=58930A=75.89310m
~61p13S3P711.696910m5.89310mTT
1616S3P3m104473.2m106969.1TT
漫线系（第一辅线系）波数
~d22pd,3,4,(3)()nRRnn
漫线系第一条线是原子从3D到3P跃迁产生的光谱线
漫线系第一条光谱线的波长7d18.19310m
167D3P31~dm102206.1m10193.81TT
1616P3D3m102267.1m102206.1TT
