当前课程知识点：大学化学 > 第三章 原子结构与元素周期律 > 3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则 > Video
同学们好
下面我们继续
关于量子数取值话题的讨论
在上节课当中
我们已经介绍了
主量子数、角量子数
和磁量子数的取值关系
而且通过n、l和m的取值
我们确定了原子轨道
那么接下来
在原子轨道
和波函数确定以后
描述一个
核外电子的运动状态
还有什么样的物理量
需要我们关注的呢
答案是 有的
这就是我们现在要讨论的
自旋量子数
波函数是由一组量子数
来描述的
当n、l和m取定以后
波函数就来表述
核外电子运动的
一种特定的状态
但是这种特定的状态
并没有最精确的
描述核外每一个电子
它的运行的行为
为什么会引出这样的话题呢
20世纪初
Goudsmit和Uhlenbeck
两位科学家注意到
当一束原子通过
非均匀对称的磁场的时候
它们的运行轨迹
没有像预期的这样
集中在某个集中的区域
而是沿非均匀磁场
发生了对称的偏移
它们以中心点的偏移的距离
和偏移的方向
与磁场的分布方向直接相关
接下来问题来了
中性原子本身当中并没有
相应的电场的影响
它们所携带的核外的电子
是它们受到
非均匀磁场作用的
唯一的原因
为什么会是这样呢
接下来的研究人们发现
虽然通过波函数
我们已经确定了
原子核外电子运行的
原子轨道
但是在每一个轨道当中
电子除了遵循n、l、m的
取值规律以外
一定还有其他的因素
在影响着它们
通过非均匀磁场的时候
所受到的作用力
这种作用力不仅具有
受磁场影响的
这样的物理特征
而且它们还沿着中心点
有着对称分离的
这样的特点
这就意味着
带有相同电荷的银原子
它们当中的电子
有可能处于
相同的能量状态
但是某种物理量
却处在完全不同的
这样一种状态
针对这一对称性的
分离的实验现象
两位科学家最终提出了
自旋量子数来描述
这种由于处在相同的
能量状态情况下的
电子的运动状态的不同
而引起的
在非均匀磁场当中的
分离现象
它们引入了自旋量子数
这个量子数的取值只有两个
正的二分之一
和负的二分之一
这显然和前边我们的
n、l、m的取值原则
完全不同
为什么要取正的二分之一
和负的二分之一呢
原因有两个
第一
我们的量子数
相邻的量子数之间
相差的距离应该是1
以1为整数单位来取值
第二
由于我们的电子
在非均匀磁场当中
它们的分离状态
是完全相等的
完全对称的
也就是说
自旋状态处在
完全等效的两个位置
那么在这种状态下
只有正的二分之一和
负的二分之一的取值
能够完全符合
我们电子的实际状况
而且也可以符合
我们量子数的取值原则
这也是人们利用数学知识
来解决化学问题
和物理问题的
又一次成功的尝试
自旋量子数
一般用ms来表示
与n、l和m不同的是
它不是靠解薛定谔方程
获得的边界条件
而获得的
它是通过实验观测
所最终确定的
自旋量子数的确定
也就为人们
进一步的揭开
核外电子运动状况
精确的描述
核外电子的运动规律
提供了重要的
理论和实验基础
如果我们用这样的
一种方式来看的话
电子除了绕原子核
在进行周期性的运动以外
其自身还会沿着
它们特定的几何取向
产生自旋相互作用
而自旋的相互作用
就会在磁场当中的作用下
受到不同方向的
洛伦兹力的作用
因而产生
在非均匀磁场当中的
运动轨迹的分离
自旋量子数的取值
为自旋电子的运动方向
和运动状态提供了
最直接的实验描述
同时
为了区分电子的自旋方向
我们在描述电子的
不同的自旋运行状态的时候
通常用向上或向下的符号
来表示自旋方向的相反
讲到这里
让我们再一起回顾一下
四个量子数它们的不同的
取值规律
从主量子数
角量子数和磁量子数的
取值关系上
我们可以发现
n、l和m
可以唯一确定原子轨道
原子轨道确定以后
在每一个轨道当中
又可以容纳
自旋方向相反的两个电子
所以由n、l、 m和ms
四个量子数
能够最后唯一确定
核外电子的运动状态
波函数描述了原子轨道
而自旋量子数
描述了原子轨道当中
电子的自旋状态
根据四个量子数的取值规律
我们可以了解
电子层当中
可以容纳的最多的电子数
以主量子数等于3为例
在主量子数为3时
相应的角量子数
可以取三个不同的数值
根据角量子数的取值
在不同的电子亚层当中
磁量子数决定了
电子亚层当中
不同轨道的几何伸展方向
在不同的电子亚层当中
它的轨道数
与它能够容纳的
总的电子数的关系
是主量子数的2n2
也就是在n等于3的
这样一个电子层当中
一共会有三个电子亚层
这三个电子亚层当中
会有九个不同的
几何伸展方向
它们能够容纳的
最多的电子数
是十八个
如果把这一规律
进一步的推广到
n等于任何的
这样的一个取值范围
我们可以依次的推出
相应的电子层
电子亚层
电子轨道
以及我们的每个轨道当中
所能容纳的
最多的电子数
从人们发现电子
到最后奠定核外电子的
运动的量子力学模型
整个对于原子核外
电子运动规律的研究
人们走过了
四个不同的历程
在这样的过程当中
既有最初的固定电子的
汤姆森模型
也有卢瑟福的
行星模型
还有玻尔的固定轨道的
电子绕核运动模型
以及最终
在量子力学基础上
发展出来了波函数
以及原子轨道模型
整个的研究过程
跨越了近半个世纪
在这半个世纪的历程当中
人们一步一步的
利用其他学科
研究的最新成果
为揭开原子核外
电子运动的秘密
奠定了一步一个台阶的
这样的一个基础
这个过程与多数的自然科学
发展的历史极其相似
唯一有趣的是
在这样一个
研究和发展的过程当中
从汤姆森获得诺贝尔奖开始
他的学生
包括卢瑟福
又出现了六位
诺贝尔奖的获得者
在卢瑟福之后
又出现了包括玻尔在内的
十一位诺贝尔奖的获得者
也就是说
人们在认识原子结构
认识原子核外
电子运动的规律当中
取得了一项又一项
令世人瞩目的
科研成就
这也就预示着
揭开核外电子运动的秘密
为人们摘取
世界学术史上
最高的荣誉
提供了一次又一次的机会
同学们
如果对这样的问题感兴趣
欢迎大家课后更多的关注
有关物质结构的研究
与物理学、化学
以及相关基础学科
发展的故事
有关这部分内容
我们今天就介绍到这儿
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-1.2 化学体系的建立
--Video
-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
--Video
-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
--Video
-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
--Video
-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
--Video
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
--Video
-4.1 离子键理论—离子键价键构型
--Video
-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
--Video
-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
--Video
-4.2 共价键理论—现代价键理论
--Video
-4.2 共价键理论—共价键的性质
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
--Video
-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
--Video
-4.6 分子间作用力-分子的极性
--Video
-4.6 分子间作用力-分子间作用力
--Video
-4.7 氢键
--Video
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
--Video
-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
--Video
-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
--Video
-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
--Video
-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
--Video
-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
--Video
-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
--Video
-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
--Video
-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
--Video
-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
--Video
-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
--Video
-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
--Video
-7.1 自发过程与自发反应（二）
--Video
-7.2 熵与热力学第二定律—熵
--Video
-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
--Video
-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
--Video
-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
--Video
-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
--Video
-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
--Video
-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
--Video
-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
--Video
-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
--Video
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
--Video
-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
--Video
-9.1 酸碱平衡—同离子效应
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
--Video
-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
--Video
-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
--Video
-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
--Video
-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
--Video
-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
--Video
-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
--Video
-10.2 原电池与电极电势—原电池
--Video
-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
--Video
-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
--Video
-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
--Video
-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
--Video
-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
--Video
-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
--Video
-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
--Video
-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
--Video
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
--Video
-无机元素化学-p区元素
--Video
-无机元素化学-过渡元素
--Video
-生命化学概论-生命有机化合物官能团
--Video
-生命化学概论-生命元素-碳
--Video
-生命化学概论-生命元素-氧
--Video
-生命化学概论-蛋白质
--Video
-生命化学概论-核酸
--Video
-生命化学概论-糖
--Video
-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
--Video
-生命化学概论-药物
--Video
-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
--Video
-纳米科学与化学-微观结构与仿生
--Video
-纳米科学与化学-纳米结构的观察
--Video
-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
--Video
-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
--Video
-化学与材料-正渗透与水处理技术
--Video
-化学与材料-相变材料（一）
--Video
-化学与材料-相变材料（二）
--Video
-化学与材料-范德华力与二维材料
--Video
-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
