光电子学教程

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1、$1-2物质的微观结构与能量状态一.原子的微观结构1.原子的结构特点（1）“行星结构”⎧⎧质子⎪原子核⎨⎪⎩中子原子⎨⎪⎧轨道运动⎪核外电子⎨⎩⎩自旋运动电子自旋假设——1925年由荷兰学生乌仑贝克和古兹米特提出。（2）壳层结构电子只能在大小一定，彼此分隔的一系列轨道上运动。与轨道对应的能量——能级以氢原子H为例：Ε1Ε==n123、、....n2n⎧Ε=−13613.6ev1⎪氢原子⎨E1⎪Ε==−393.9ev2⎩42、同一壳层能量产生差异的原因⎧圆形（能量高）（1）轨道形状及其取向⎨⎩椭圆形（能量低）（2）角动量耦合（LLS-S耦合）轨道角动量⎧方

2、向相同（能量大）耦合⎨自旋角动量⎩方向相反（能量小）3、描述电子微观状态的量子数（1）主量子数n：表示原子的主壳层，代表了电子能量的主要部分。n=1,2,3,4,5,6,7KLMNOPQKLMNOPQ主壳层上电子个数：2N==222n281832507298,8,18,32,50,72,98n（2）角量子数（副量子数）l表示主壳层中的次壳层。l=0123450,1,2,3,4,5,...n-1(1(共n个取值)spdfghspdfgh次壳层电子个数：N=+2(21)26101418322(2l+1)=2,6,10,14,18,32l•钠原子的核外电子分布

3、：1()(3)自旋量子数s=2描述自旋角动量的大小，Ρ=+ss(1)hs⎧1l+同()向⎪⎪2(4)内量子数jls==±⎨1⎪l-反()向⎪⎩2描述自旋角动量与轨道角动量耦合后的总角动量的大小Ρ=jj(1+)hj4、原子在外磁场中微观状态的确定磁量子数mm,,和mlsjml=±±±0,1,2,...l1m=±s2mj=±±±0,1,2,...j以==3为例,m0,1,2,3±±±j确定电子唯一状态的量子数：⎧n=1,2,3...⎧n=1,2,3...⎪⎪ln=−0,1,2...1ln=−0,1,2...1⎪⎪⎪⎪a⎨⎨1bml=0,1,2,...±±±

4、jlsl=±=±l⎪⎪21⎪⎪m=±⎪mj=±±±0,1,2,...⎪⎩s2⎩j5、泡里不相容原理不能有两个电子同时处在同一个状态即：标志两个原子状态的量子数（n、、、lmm）ls必定有一个不相同。例：钠原子核外电子的量子数6、能量最低原理：电子填充能级总是从能量最低能级开始，最低能级填满后，再填充较高能级。次壳层填充顺序：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f•部分原子的电子组态1Ne1s2s2p226H1s2Na1s2s2p3s2261H1He1s212262Li1s2sMg1s2s2p3s2222621Be1s2sAl

5、1s2s2p3s3p22122622B1s2s2pSi1s2s2p3s3p22222623C122C1s2s2pP1s2s2p3s3p22322624N1s2s2pS1s2s2ppp3s3p22422625O1s2s2pCl1s2s2p3s3p22522626F1s2s2pAr1s2s2p3s3p二、能量状态的表示方法a、价电子的状态符号（用小写字母表示）氢原子基态电子的状态符号：←角量子数n值→1s12←j值例：3d2表示电子处在第三壳层，l=次壳层，52j=52的微观状态。b、原子的状态符号（用大写字母表示）↓2表示简并度←角量子数2nS值→112←

6、j值简并度=2s+12例：3Dn表示电子处在===3,l2,j32的微观状态。32表1121-2-1具有一个价电子的原子的状态表示（2）多电子情况总动量矩的矢量合成LLS-S耦合：将各个电子的自旋动量矩s按矢量加法合成i原子的总自旋动量矩；将各个电子的轨道动量矩合li成原子的总轨道动量矩，则原子的总动量矩为：JLS=+可取的数值为：JLSLSLS=++−+−⋅⋅⋅⋅⋅−,1,2,,LSa.单电子L-S耦合jlsl==1±±2b、多电子L-S耦合SLlS=∑∑sii,Ll=iiJ=++−+−⋅⋅⋅⋅⋅−LSLSLS,1,2,,LS例：一个电子处于基态

7、1，另一个处在激发态2sp,写出原子的状态符号。11解：自旋同向：S=ss+=+=11222总自旋量子数S11自旋反向：Sss=−=−=01222总轨道量子数Lll=+=+=01112SJ==01时，L=，简并度=2S+1=11∴原子状态为：12spP1SJ==11时，，L+L，L−=1，2，1，。0简并度=2S+=13，为三重态。333∴原子状态为：12spP，12spP，12spP。012要求：读懂符号，能求出nlJ,,的取值作业：1、一个电子处在1s态，另一个电子处在3d态，请写出该原子的状态符号。2、汞原子的原子序数是80，核外有80个电子，请写

8、出汞原子基态的电子组态。