第七章　不相容原理

§7.1　不相容原理的新陈述

原子中电子绕核运动，由四个量子数决定：

1、切向量子数（主量子数）：n＝1，2，3，…。

2、径向量子数：＝n－1，n－2，n－3，…,0。

3、轨道方向量子数（磁量子数）：＝n－1，n－2，n－3，…，0

4、自旋方向量子数：＝2。因为电子自旋只有两个方向。

上述四个量子数：

n和共同决定轨道的形状和大小（见表5－1）。

决定了轨道空间取向的数量为（2＋1）个。

和n , 共同决定具体的取向角度为：。

和共同决定考虑了电子自旋后的轨道数量为2（2＋1）条。

、和n 共同决定了不同的n，新增轨道数量最多为：条。以及不同的n原子中轨道总数最多为：条。

电子自旋量子数S＝1代表自旋角动量，对所有电子是相同的，它就不成为区别电子态的一个参数。但S却和n，两个量子数共同决定轨道的辐射能。

泡利不相容原理说：在原子中不能有两个电子处在同一状态。这是为什么呢？

由于电子具有自旋，而一般来说，电子自旋方向和轨道运动方向一致，即左旋轨道上是左自旋电子，右旋轨道上是右自旋电子，所以不相容原理也可表述为：

因自旋而分裂的两条轨道，转向相反，同一条轨道上只能容纳一个电子，这两个电子的自旋相反。但这是一种亚稳态，稳定状态的陈述为：

因自旋而分裂的两条轨道，转向相同，同一条轨道上只能容纳一个电子，这两个电子的自旋相反。

电子在何情况下，才牺牲自旋方向和轨道运动方向一致的一般原则以及不相容原理的根源，我们在本篇§9.3中将会看到。

§7.2　同一n，最多可容纳的电子数

我们已经知道，原子中电子的轨道数量与和以及n有关。

对每一个，有轨道条数：

　＝0，1，…，n－1。　（7.1）

对每一个n，新增轨道条数最多为

　n＝1，2，3，…，n。　　　  （7.2）

对每一个n，原子中可容纳的电子总数（轨道总条数）为

　　 （7.3）

　　但电子填充周期表时，并不按量子数n把所有的轨道都填满。它是根据轨道能量的大小，首先填充圆形轨道（s），然后填第一类椭圆轨道（p），再填第二类椭圆轨道（d），以此类推。当自己的量子数轨道能量小于前一量子数轨道能量时，先填充前一量子数轨道。并且总是开始于s结束于P，完成一个周期，多余的轨道不再去填。下一周期的元素，又是开始于s ,然后先去填上一量子数空位的椭圆轨道，仍结束于p轨道，完成又一个周期。

我们把电子轨道运动的形状、数量、轨道取向角、能量（用角动量表示）以及可容纳的最多电子数用表7－1显示如下：

表7－1　电子轨道运动的形状、数量、能量、容纳电子数、轨道发射能力、轨道方向角

（下面是表7－1的续表，请将它连接到上表的右方）。

 表7－1　电子轨道运动的形状、数量、能量、容纳电子数、轨道发射能力、轨道方向角