8: 原子结构
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在本章中，我们使用量子力学来研究原子的结构和性质。 本研究介绍了理解分子、晶体和金属等更复杂的系统所必需的思想和概念。 随着我们加深对原子的理解，我们在已经知道的东西基础上再接再厉，例如卢瑟福的原子核模型、玻尔的氢原子模型和德布罗格利的波浪假说。
- 8.1:《原子结构前奏》
- NGC1763 是名为 Large Magellanic Cloud 的小星系中的发射星云，它是银河系的卫星。 来自热恒星的紫外线使星云中的氢原子电离。 随着质子和电子的重组，会发出不同频率的辐射。 量子力学可以正确预测这个过程的细节，本章将对此进行探讨。
- 8.2: 氢原子
- 与玻尔氢原子的模型形成鲜明对比的是，电子不会在明确的路径上绕质子核移动。 事实上，不确定性原理使人们无法知道电子是如何从一个地方到达另一个地方的。 氢原子可以用其波函数、概率密度、总能量和轨道角动量来描述。 氢原子的量子数可用于计算有关原子的重要信息。
- 8.3: 电子的轨道磁偶极矩
- 氢原子具有磁特性，因为电子的运动充当电流回路。 与轨道角动量相关的氢原子的能量水平被外部磁场分开，因为轨道角磁矩与磁场相互作用。 与这种磁相互作用相关的氢原子的势能由下式给出\(U = -\vec{\mu} \cdot \vec{B}\)。
- 8.4: 电子自旋
- 电子的自旋角动量量子为 = +½。 自旋角动量投影量子数为 ms =+½ 或 −½（向上旋转或向下旋转）。 电子质子系统的能量因力矩是否对齐而有所不同。 这些状态之间的过渡（自旋翻转变）会导致光子的发射。
- 8.5: 排除原则和元素周期表
- 保利的排除原理在一定程度上解释了原子的结构和化学性质：原子中没有两个电子对所有四个量子数（n、l、m、ms）具有相同的值。 这个原理与电子的两个特性有关：所有电子都是相同的，它们具有半积分自旋（s=1/2）。
- 8.6: 原子光谱和 X 射线
- 辐射由原子能级转变吸收和发射。 量子数可用于估计原子转变产生的光子的能量、频率和波长。 当原子内壳中的空位被来自原子外壳的电子填充时，就会产生 X 射线光子。 X 射线辐射的频率与原子的原子序数 Z 有关。
- 8.7: 激光
- 激光是发出相干和单色光的设备。 激光是通过种群反转和随后的材料（固体、液体或气体）中电子的去激产生的。 当能量光子触发处于亚稳态的电子下降能量时，它会激发受激发射。
缩略图：自旋轨道耦合是电子的自旋磁矩\(\vec{\mu}_s\)与其轨道磁矩的相互作用\(\vec{\mu}_l\)。