文档介绍：关于原子中的电子
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现在学****的是第1页，共81页
§ 氢原子的量子力学处理
§ 电子自旋与自旋轨道耦合
§ 各种原子核外电子的排布
§ 微观粒子的不可分辨性 泡利不相容原理
目 录
§3n 1)，
的大小
（3）轨道磁量子数
决定 的空间取向；
的z分量
n =1, 2, 3, …
决定能量
决定角动量的大小
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§ 电子自旋与自旋轨道耦合
一、斯特恩 — 盖拉赫(Stern-Gerlach)实验
1、角动量和磁矩的关系
r
-e , me
z
Lz
v
L
B
i
z
●
1922年为验证角动量空间量子化而进行此实验。
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2、磁矩在磁场中受力
— 玻尔磁子
Bohr magneton
令
电子轨道磁矩的取向是量子化的
Fz
z
原子射线
●
磁矩在磁场中的能量
也是分立的。
受力
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3、施特恩 — 盖拉赫实验
加磁场
不加磁场
加热炉
基态（L=0）
银原子射线
不均匀磁场
银原子沉积
Fz
基态，轨道 L=0，m=0
银原子束不应分裂。
电子还具有其它磁矩！
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斯特恩正在观测
银原子束通过非均匀的磁场时，分裂成了两束
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4、施特恩 — 盖拉赫实验的意义
原子沉积层不是连续一片，而是分开的线，
(2)发现了新的矛盾
l = 0，应有一条沉积线。
(3)提供了原子的“态分离”技术，至今仍适用。
(1) 证明了空间量子化的存在
实验结果却有
两条沉积线，
这说明原来对原子中电子运动
的描述是不完全的。
说明角动量空间量子化的存在。
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二、电子自旋 （electron spin）
的影响很小
1925年乌伦贝克（）和古兹
电子不是质点，有固有的
自旋角动量
应的自旋磁矩
电子带负电，磁矩的方
和相
提出了大胆的假设：
米特（S. Goudsmit）根据施 — 盖实验的事实，
向和自旋的方向应相反。
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和朝下两种取向。
这一经典图象
若把电子视为r =10 -16 m的小球，
算出的电子表面速度 > c !
面对按经典图象理解所给出的“荒谬”结果，
乌、古二人(当时不到25岁)曾想撤回自旋的论文，
相对于外磁场方
向（z），
有朝上
z
按 S
估
受到了泡利的责难。
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“You are both young enough to allow yourselves some foolishness!”
但他们的导师埃伦菲斯特()鼓励道：
自旋角动量也应有
s — 自旋量子数，
mS — 自旋磁量子数
可给出自旋角动量的量子化：
l = 0, 1, 2…(n1)
自旋虽然不能用经典的图象来理解，但仍
轨道角动量
类比轨道角动量的量子化，
然和角动量有关。
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类似 ml 有2l +1种取法，mS应有 2s +1种取法。
施 — 盖实验表明：
电子自旋是一种 “内禀” 运动，
不是小球自转。
自旋磁矩：
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三、电子的自旋轨道耦合
电子绕核运动时，既有轨道角动量 ，又有
自旋角动量
这时电子状态和总角动量 有关。
这一角动量的合成，叫自旋轨道耦合。
总角动量量子数用 j 表示，且有
由量子力学可知，J 也是量子化的，
相应的
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经典矢量耦合模型图为：
例如 l =1时，
而
j =1/2
j =3/2
考虑到自旋轨道耦合，原子的状态可表示为：
n
j
主量子数
总角动量角量子数
轨道角动量角量子数 l 的代号：
l = 0,1,2,3,4对应S,P,D,F
如：
n = 3
l = 1
j = 3/2
3P3/2
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四、碱金属原子光谱的双线
●
●
H原子
+e
- e
●
●
碱金属原子
原子实 +e
（价电子）
- e
所以光谱也与氢有差别。
但是与氢原子不同的是，碱金属原子能级除
还与l 有关，
这种结构类似于氢原子，
碱金属原子（Li