原子物理学第五章多电子原子课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.,两套能级间不产生跃迁,3.,不存在 态,4.,存在两个亚稳态,5.,电子组态相同的，三重态能级总低于单一态相应的能级；三重能级结构中，同一 值的三个能级，值大的能级低（倒转次序）,这五个特点包含着五个物理概念。,二,.Mg,原子光谱和能级,Mg,原子光谱和能级结构与,He,原子相似，也有差异。,5.2,具有两个价电子的原子态,一,.,电子组态,1.,电子组态的表示,处于一定状态的若干个（价）电子的组合,激发态电子组态,:,基态电子组态：,简记：,简记：,简记：,氦原子基态,:,1s1s,激发态,:1s2s,，,1s2p,，,1s3s,，,1s3p,，,镁原子基态,:,激发态,:,电子组态仅反映了电子轨道运动的特征（库仑相互作用）；,对同,一电子组态,，即使库仑相互作用相同，但由于自旋,-,轨道相互作用的不同，具有不同的总角动量所以,会产生不同能量的原子状态,。,2.,两个电子间自旋,-,轨道相互作用的方式,自旋,-,自旋相互作用,轨道,-,轨道相互作用,自旋,-,轨道相互作用,两种极端情形：,L-S,耦合,j-j,耦合,按量子化要求，量子数,L,S,如下确定：,按量子化要求，总角动量量子数,J,如下确定：,当,LS,时,每一对,L,和,S,共有2,S+1,个,J,值;,当,L,闭层占有数的一半 时，以最大,J,（,L,+,S,）的能级为最低，称,倒转序,。,根据原子的矢量模型 合成 ，合成 ；,最后 与 合成 ，所以称其为 耦合。,耦合通常记为,:,一,.,L,S,耦合模型,属于,G,1,，,G,2,G,3,，,G,4,原则：,相互作用强的角动量间先耦合,1.,两个角动量耦合的一般法则,:,设有两个角动量 ，且,则 的大小为,且这里的 是任意两个角动量。,比如对单电子原子,k1=l,k2=s,k=j,，,j=l+s,l-s,正是上述法则合成的。,则,下一页,2.,总自旋，总轨道和总角动量的计算,总自旋：,其中,:,且,故总自旋的可能值为,:,其中,:,故,:,其中,:,总轨道,下一页,总角动量 ，根据上述耦合法则,其中,对于两个价电子的情形,：,S=0,1,.,当,S,=0,时,，,J=,L,下一页,当,S=1,时，,由此可见，在两个价电子的情形下，对于,给定的,L,，由于,S,的不同，有四个,J,而L,的不同，,也有一组,J,，,L,的个数取决于,l,1,l,2,；可见，一种,电子组态可以与多重原子态相对应。此外，由,于,S,有两个取值：,S=0,和,S=1,，所以,2S+1=1,3;,分别对应于单层能级和三层能级；,这就是氦的能级和光谱分为两套的原因。,状态符号,二,.,洪特定则,:,用途,:,决定电子组态形成的诸能级上下次序,.,适用范围,:,LS,耦合,轻元素,低激发态,洪特定则,:,1),同一电子组态形成的能级,L,相同,S,较大,能级低,.,S,相同,L,较大,能级低,.,2),同科电子形成的能级,(,L,S,相同,J,不同,),当未满次壳层中电子数,N2l+1,倒序,J,大能级低,.,多重性,:,S,L,相同而,J,不同的态的总数,等于,2S+1.,例如,多重态 的多重性等于,3.,三,.,朗德间隔定则,:,1.,表述,:,在多重能级结构中,能级的两相邻间隔之比等于有关,J,值中较大的两数值之比,.,2.,证明,:,S,L,相同而,J,不同,三,.j-j,耦合,:,G,3,(,l,1,s,1),，,G,4,(,l,2,s,2),G,1,(,s,1,s,2),，,G,2,(,l,1,l,2),特点,:,范围,:,重元素,高激发态,耦合,:,每个电子,所有电子,每个电子,原子态,:,所有电子,举例,:ps,组态,原子态,:,原子态,:,J,分裂,j,分裂,ps,两个价电子,p,和,s,在,j-j,耦合中形成的能级,:,分裂为四条,ps,组态在,LS,耦合中原子态数也是四个,.,四,.,两种耦合比较,以碳族元素为例,其基态时,最外层两个,P,电子,其余是电子构成完整壳层,.,基态,第一激发态,LS,耦合,j-j,耦合,能级单分配,(3),能级双分配,(2),轻元素,低激发态,重元素,基态,重元素,高激发态,原子序数增加,能级差主要是由于静电作用,能级差主要是由于磁效应,原子态,:,2S+1,L,J,原子态,:,(j,1,j,2,),J,泡利不相容原理的叙述及其应用,1,描述电子运动状态的量子数,主量子数,n,：,n=1,2,3,角量子数,l,：,l=,01,2(n-1),轨道磁量子数,m,l,：,m,l,=0,1,l,自旋量子数,s,：,s=,自旋磁量子数,ms,：,ms=,2,Pauli,原理的描述,在一个原子中，不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个量数,Pauli,原理更一般的描述是,在费米子（自旋为半整数的粒子）组成的系,统中不能有两个或多个粒子处于完全相同的状态。,或者说，原子中的每一个状态只能容纳一,个电子。,同科电子形成的原子态,n,和,l,两个量子数相同的电子称为同科电子,表示为 ；,n,是主量子数,l,是角量子数，,m,是同科电子的个数；,例如,:,等,1,定义,同科电子形成的原子态比非同科有相,同,L,值的电子形成的原子态要少。,例如,1,S,2,形成的原子态为 ，,而非同科情况下，,1s2s,形成的原子态为,我们以 电子组态为例,四个量子数已有三个相同，必然不能相同,即,则,或,反推出,可能的原子态是,，,需要指出的是,已知,L,s,，容易知道 ；,即由 的取值推出 ，却不那么,容易，,因为反过来推存在着多对一的问题，上,面的例子只是一种最简单的情况,反过来，,1.LS,耦合,2.J j,耦合,原子态,:,2S+1,L,J,原子态,:,(j,1,j,2,),J,同科电子的偶数定则,两同科电子体系在,LS,耦合,其合成的总轨道角动量量子数,L,与总自旋角动量量子数,S,之和必为偶数,.,一,.,光谱和能级的位移定律,原子序数,Z,的中性原子的光谱和能级,同原子序数,Z+1,的原子的一次电离后的离子的光谱和能级,具有相同的结构,.,例如,:H,He,+,Li,+,;Li,Be,+,B,+,.,它们有电子数相同的外层电子,具有相同的电子组态,.,二,.,多重性的交替性,在同一周期内各元素的原子按顺序交替地具有偶数和奇数的 多重性,.,原因在于,:,外层电子逐一增加一个,LS,耦合的总自旋量子数交替变化,从而,2S+1,的数值在偶,奇数之间交替变化,.,三、三个或三个以上价电子的原子态的推导,1.,能级的多重数由,S,决定，每加一个电子时，新的,S=,原有的,S+1,，所以原有每一类能级的多重结构就转变为两类，一类重数比原由的增加,1,，另一类减,1,。,2.,任何原子的状态，基态和激发态，可以看作一次电离离子加上一个电子形成的，而一次电离离子的状态又同周期表顺序前一个元素的状态相似，所以由前一元素的状态可以推断后继元素的状态，可以按照二电子体系推求状态的法则进行。,例：,(z-1),的原子基态是 ，,z,的基态比它多一个,d,电子，求,z,的基态。,可能的原子态：按洪特规则，基态：,3.,洪特定则和朗德间隔定则对多电子原子也适用。能级次序：由一个次壳层满额半数以上的电子（但还没满）构成的能级一般具有倒转次序（,J,值大的能级低）；小于满额半数的电子构成的能级 一般具有正常次序（,J,值小的能级低）。,当未满次壳层中电子数,N2l+1,倒序,J,大,能级低,.,5.5,辐射跃迁的选择定则,一,.,首先，跃迁只能发生在不同宇称的原子态间,（,Laporte,定则）,宇称：描述微观粒子对坐标原点空间反演对称性质的物理量。,偶性态（,=,偶数）奇性态（,=,奇数）,电偶极跃迁谱线强度,推论：,同一电子组态形成的诸原子态间不发生跃迁。,二,.,其次，看具体的选择定则,j-j,耦合跃迁选择定则,:,L-S,耦合跃迁选择定则,:,（,0 0,除外）,（,0 0,除外,）,或对换,对,He,，,Mg,光谱的解释。,