《张朝阳的物理课》讲解氢与氦原子对各元素的核外电子排布的启示

2022-06-13 14:17 未知

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《张朝阳的物理课》讲解氢与氦原子对各元素的核外电子排布的启示


同一壳层的电子屏蔽效应是如何影响原子或离子半径的?不同壳层的电子呢?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610日刚结束的线下第五课的内容进行补充说明与答疑解惑。


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》已直播十余期。从去年11月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起,向近现代物理过渡,探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。此后逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程等理论内容,到氢原子波函数,再到气体定容比热的温度阶梯等更加具体实用的案例。内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。


《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜:注重推导,通过一步一步详尽的数学计算,推导出相关的物理公式,把每个公式从头到尾拆解得十分清晰。


据了解,《张朝阳的物理课》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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