多电子原子的薛定谔方程与单电子原子的薛定谔方程相比,主要区别在于:A. 电子质量的不同B. 电子数量的不同C. 电子与原子核之间的相互作用D. 电子之间的排斥力
A. 电子质量的不同
B. 电子数量的不同
C. 电子与原子核之间的相互作用
D. 电子之间的排斥力
题目解答
答案
解析
本题考查多电子原子和单电子原子薛定谔方程的区别,解题思路是分别分析单电子原子和多电子原子的薛定谔方程,找出两者的差异。
单电子原子的薛定谔方程
单电子原子(如氢原子、类氢离子)中,只有一个电子围绕原子核运动。此时,电子与原子核之间的相互作用是主要的相互作用。其薛定谔方程为:
$\hat{H}\psi = E\psi$
其中,哈密顿算符$\hat{H}$为:
$\hat{H}=-\frac{h^{2}}{8\pi^{2}m} \nabla^{2}-\frac{Ze^{2}}{4\pi\epsilon_{0}r}$
这里$-\frac{h^{2}}{8\pi^{2}m} \nabla^{2}$是电子的动能算符,$-\frac{Ze^{2}}{4\pi\epsilon_{0}r}$是电子与原子核之间的吸引势能算符,$m$是电子质量,$Z$是原子核电荷数,$r$是电子到原子核的距离。
多电子原子的薛定谔方程
多电子原子中有多个电子,除了电子与原子核之间的相互作用外,电子之间还存在排斥力。其哈密顿算符$\hat{H}$为:
$\hat{H}=-\sum_{i = 1}^{n}\frac{h^{2}}{8\pi^{2}m} \nabla_{i}^{2}-\sum_{i = 1}^{n}\frac{Ze^{2}}{4\pi\epsilon_{0}r_{i}}+\sum_{i < j}\frac{e^{2}}{4\pi\epsilon_{0}r_{ij}}$
其中$-\sum_{i = 1}^{n}\frac{h^{2}}{8\pi^{2}m} \nabla_{i}^{2}$是所有电子的动能算符之和,$-\sum_{i = 1}^{n}\frac{Ze^{2}}{4\pi\epsilon_{0}r_{i}}$是所有电子与原子核之间的吸引势能算符之和,$\sum_{i < j}\frac{e^{2}}{4\pi\epsilon_{0}r_{ij}}$是电子之间的排斥势能算符之和,$n$是电子数,$r_{ij}$是第$i$个电子和第$j$个电子之间的距离。
对比两者的薛定谔方程
可以看出,多电子原子的薛定谔方程比单电子原子的薛定谔方程多了电子之间的排斥势能项$\sum_{i < j}\frac{e^{2}}{4\pi\epsilon_{0}r_{ij}}$,这就是两者的主要区别。