34、多电子原子的量子态与能级结构

多电子原子的量子态与能级结构

1. 多电子原子的基础模型

多电子原子的研究常以氦原子为原型。对这些原子进行零级描述时，采用的模型与氦原子微扰理论处理所用模型相同，即独立电子模型。在该模型中，本征矢被视为单电子本征矢的适当对称化乘积，每个单电子本征矢被称为轨道或亚壳层。

电子构型可扩展到包含所有 (Z) 个电子。例如，锂原子基态的电子构型为 ((1s)^2 (2s)^1)，上标表示具有特定轨道的电子数，((1s)^2) 表示 1s 轨道中有两个电子，常被错误地读作“1s 平方”。若特定轨道中只有一个电子，上标通常省略。由于 1s 轨道中有两个电子，该轨道已满，且总轨道角动量和总自旋角动量都为零，所以 ((1s)^2) 常从构型中省略，锂原子基态可表示为 Li(2s)。再如，镁原子（(Z = 12)）的电子构型为 ((1s)^2 (2s)^2 (2p)^6 (3s)^2)。p 轨道最多容纳六个电子，因为对于 (ℓ = 1)，(m_ℓ) 只有三个可能值，每个值又有自旋向上或向下两种情况。任何满轨道必须有 (2 (2ℓ + 1)) 个电子，即 (m_ℓ) 可能值数量的两倍。完全满的轨道总轨道角动量 (L = 0)，总自旋 (S = 0)。

分子形成依赖于两个或多个原子在部分填充的轨道中共享电子，因此所有轨道都满的原子在基态时通常不具有反应活性。氦是第一种惰性气体（也称为稀有气体或 noble 气体），其次是电子构型为 ((1s)^2 (2s)^2 (2p)^6) 的氖。还可以用惰性气体来简化电子构型表示，如锂的电子构型可表示为 [He]2s，镁的可表示为 Ne ^2。

独立电子本征函数（轨道）构成一个