根據(jù)泡利原理和能量最低原理論元素周期排序分析設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-文庫(kù)吧
2025-06-03 13:25 本頁(yè)面
【正文】 子中的每一個(gè)狀態(tài)只能容納一個(gè)電子，由這一原理可以知道原子核外每一殼層容納的電子數(shù)。另一個(gè)是根據(jù)能量最低原理：在不違背泡利原理的情況下，核外電子總是盡先排布在能量最低的軌道上，由這一原理可知核外電子填充殼層的次序。本文就是用上述兩個(gè)原理系統(tǒng)的闡述了元素排列的規(guī)律。1泡利原理1925年奧地利物理學(xué)家泡利提出不相容原理，解釋了電子在原子核外的規(guī)律性排列。泡利發(fā)現(xiàn)，在原子中要完全確定一個(gè)電子的能態(tài)，需要四個(gè)量子數(shù)，主量子數(shù)軌道量子數(shù)和軌道磁量子數(shù)和電子自旋磁量子數(shù)，并提出不相容原理 [1]。原來(lái)已經(jīng)知道的三個(gè)量子數(shù)（，），只與電子繞原子核的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，第四個(gè)量子數(shù)表示電子本身還有某種新的性質(zhì)。在烏侖貝克古茲米特提出電子自旋假設(shè)后，電子自旋量子數(shù)可以取兩個(gè)值。于是泡利的不相容原理就敘述為：在一個(gè)原子中不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子具有完全相同的四個(gè)量子數(shù)（，，）。換言之，即原子中的每一個(gè)狀態(tài)只能容納一個(gè)電子。這一原理還可以在經(jīng)典物理中找到某種相似的比喻，例如，兩個(gè)小球不能同時(shí)占據(jù)同一空間，即“牛頓的物質(zhì)的不可穿透性” [2]。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，這一原理可以普遍地表述為：在費(fèi)米子（自旋為半整數(shù)的粒子）組成的系統(tǒng)中不能有兩個(gè)或更多的粒子處于完全相同的狀態(tài)。例如氦原子基態(tài)的情形，氦原子基態(tài)的電子組態(tài)是，按LS耦合可能的原子態(tài)是和。一般來(lái)說(shuō)，同一電子組態(tài)形成的原子態(tài)中，三重態(tài)能級(jí)低于單重態(tài)能級(jí)，因?yàn)槿貞B(tài)S=1，兩個(gè)電子的自旋是同向的。我們知道電子是相互排斥的，空間距離越大，勢(shì)能越低，體系越穩(wěn)定。所以三重態(tài)能級(jí)總低于單重態(tài)。而在，的情況下，即兩個(gè)電子軌道的空間取向不同。對(duì)于態(tài)，四個(gè)量子數(shù)都相同違背了泡利不相容原理，所以這個(gè)態(tài)是不存在的。由于泡利原理的存在，限制了同一軌道上的電子數(shù)目，原子內(nèi)也不會(huì)存在狀態(tài)相同的兩個(gè)電子，隨著原子序數(shù)的增大，核對(duì)外層電子的吸引力增大。這雖然使某些軌道半徑變小了，但同時(shí)軌道層數(shù)增加，以致原子的大小隨Z的變化并不明顯。正是泡利原理限制了一個(gè)軌道上的電子數(shù)目，否則，Z大的原子反而變小。還有加熱不能使金屬內(nèi)層電子獲得能量；核子之間沒(méi)有相互碰撞；構(gòu)成核子的夸克是有區(qū)別的，這些都可以用泡利原理給出很好的解釋[4]。2能量最低原理萬(wàn)事萬(wàn)物都要遵循自然規(guī)律，能量最低原理就是一條基本的自然法則。它是在不違背泡利原理的情況下，核外電子總是盡先排布在能量最低的軌道上。這一原理是原子中電子填充殼層時(shí)所遵循的基本規(guī)律，它指出，在正常情況下，原子中的電子分布總是使與這種分布相應(yīng)的原子能量為最低。因?yàn)槲挥谳^高能級(jí)上的電子總有自發(fā)放出光子而躍遷到低能級(jí)的傾向，因此，電子所占據(jù)的能級(jí)越低，其相應(yīng)的狀態(tài)就越穩(wěn)定。多電子原子中的電子總是在不違背泡利不相容原理的前提下，從低能級(jí)向高能級(jí)逐個(gè)填充，即當(dāng)最低的能級(jí)被占滿以后，才開(kāi)始占據(jù)次低的能級(jí)等等，這樣得到的狀態(tài)是最穩(wěn)定的，稱為基態(tài)[1]。能量最低原理的真正意義是在于其并不局限于對(duì)原子狀態(tài)的分析，而是自然界中普遍適用的一個(gè)規(guī)律，它能預(yù)示物體運(yùn)動(dòng)方向、狀態(tài)變化的趨勢(shì)[3]。3論元素周期性排
黨政相關(guān)相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1