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元素的原子半径随序数如何变化?《张朝阳的物理课》介绍类氢与类氦处理方法

发布日期:2022-06-18 12:25    点击次数:65


  6月12日中午12时,《张朝阳的物理课》第六十二期开播,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,对6月10日刚结束的线下第五课的内容进行补充说明与答疑解惑。

  他讲解了核外电子排布的一些基本规则,即泡利不相容原理与洪特规则。随后指出同一壳层电子的屏蔽效应可由类氦原子模型来理解,而不同壳层的屏蔽效应则可用类氢原子模型来处理,接着利用类氢处理与类氦处理定性分析了一些元素的电子排布,以及原子半径的变化规律。

  张朝阳先带着网友们复习了上节课求解氢原子薛定谔方程的过程、解得的氢原子波函数,以及电子轨道的简并度。并再次强调多电子原子仍然有类似氢原子的轨道,只不过轨道及其能级会发生“变形”。随后,他开始讲解核外电子排布需要遵循的基本规则,即泡利不相容原理与洪特规则。泡利不相容原理使得每个轨道能容纳的电子不能超过它的简并度,而洪特规则使得电子按能量最低的方式排布。

  接着,张朝阳开始分析不同元素的轨道半径。氦原子核外若只填充一个电子,对应的轨道半半为1/2倍的玻尔半径。若再加入1个电子使其成为中性氦原子,则由变分法可得轨道半径增大成16/27倍的玻尔半径,相比于只填充1个电子的氦离子,其轨道半径增大了18.5%。锂原子由于最外层电子会受到内层电子的强烈屏蔽,最外层电子看到的将是Z=1的等效原子核,这时可以用类似氢原子的方法来处理最外层电子,此方法称为“类氢处理”,它体现了内层电子对最外层单电子的强烈屏蔽作用,同时由于新壳层的填充导致原子或离子半径急剧增大。

  张朝阳进一步讨论铍元素,在铍离子中填入一个电子使其变成中性原子的过程中,第二层轨道的2个电子就会类似氦原子那样相互屏蔽对方所感受到的正电荷,从而使轨道半径增大,但由前面关于氦原子的计算可知,轨道的增大程度相对较小。这种定性处理半径变化的方法,称为“类氦处理”。通过类氢与类氦处理方法可以继续分析更多的元素,并结合这两种方法各自的特点,就能粗略得分析出元素的原子半径随序数的变化规律。

  截至目前,《张朝阳的物理课》已直播六十余期,于每周周五、周日中午12时在搜狐视频直播,网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”,观看直播及往期完整视频回放;关注“张朝阳的物理课”账号,查看课程中的“知识点”短视频;此外,还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上,阅览每期物理课程的详细文章。



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