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1、河池学院课时计划(教案)学院(系)专业物理与电子工程系应用物理学年级(班级)2009级课程名称原子物理学任课教师及职称彭金松教授时间2011年10月日星期二第1、2节,星期四第3、4节。使用教材书名编(著)者版别及出版年月原子物理学褚圣麟编高等教育出版社第一版,2008年3月第35次印刷课题(章节)第五章多电子原子课时安排5学时教学目的1、掌握多电子原子光谱规律;2、理解耦合矢量模型(L-S耦合、洪特定则、j-j耦合);3、掌握泡利原理与同科电子;4、理解辐射跃迁的普用选择定则。教学重点难点L-S耦合和j-j耦合的角动量的计算,原子态的确定。教学方法讲授。教学内容及过
2、程附后。作业或思考题P168-1892,3,6。教学后记1818第五章多电子原子前面讨论了单电子原子和具有一个价电子的原子的光谱,从而推得这些原子的能级的情况,并说明了怎样出现双层结构。从那些讨论,我们对最简单原子的内部状况有了一个扼要的了解。这些知识也是进一步研究较复杂原子结构的基础。本章将讨论具有两个价电子的原子,并对三个及三个以上价电子的原子作概括性的论述。5.1氦及周期系第二族元素的光谱和能级实验的观察发现氦()及周期系第二族的元素铍()、镁()、钙()、锶()、钡()、镭()、锌()、镉()、汞()的光谱有相仿的结构。从这些元素的光谱,可以推得它们的能级都分
3、成两套,一套是单层的,另一套是具有三层结构的。1、氦的光谱和能级氦有两套线系,这就是说有两个主线系,两个第一辅线系,两个第二辅线系等。这两套谱线的结构有显著的差别,一套谱线都是单线,另一套谱线却有复杂的结构。氦具有两套能级,一套是单层的,另一套是三层的。这两套能级之间没有相互跃迁的情况,它们各自内部的跃迁就产生了两套光谱。这样,单层能级间的跃迁当然产生单线的光谱,而三层能级间的跃迁所产生的光谱线当然有复杂的结构了。由于氦出现了两套光谱,而彼此又好像没有关系,早年曾设想有两种氦。那产生有复杂结构的谱线的氦称为正氦,产生单线光谱的称为仲氦。现在知道并无两种氦,只是能级结构
4、分为两套罢了。氦的能级及跃迁如图5.1所示。从图中可以看到,氦的基态和第一激发态之间能量相差很大,有19.77电子伏特。氦的单线主线系是诸1P态跃迁到基态1S的结果,处于远紫外部分。而三重态的主线系是诸3P到第一激发态3S的跃迁的结果,18落在红外、可见区、直到紫外区。其余对应的两套线系所在的区域差别不大。作为三重态谱线的例子,我们谈一下著名的黄色D3线。1868年8月18日在太阳日珥的光谱中观察到这条线,从而发现了氦。用高分辨本领的仪器,可以分出这条线的三成分。这线是三重态的第一辅线系的第一条线,它的波长、强度和产生时的能级跃迁开列如下:波长强度跃迁5875.963
5、埃15875.64335875.6015由于3D能级间隔很小,这条线的精细结构只反映了3P能级的间隔。根据一些理论可以认出这三线是哪些跃迁产生的。从波长的数值可以知道3P0能级高于3P1,后者又高于3P2。从光谱的情况,知道三重态与单一态之间没有跃迁。有一条很弱的λ=591.6埃线起初以为是氦的三重态和单一态之间的跃迁,后来有人认为这是氖的谱线。第一激发态3S1不可能自发跃迁到基态1S0,这是由于三重态不能跃迁到单一态,而且S态不能跃迁到S态。如果氦原子被激发到第一激发态,它会留在那状态较长一段时间,这样的状态称作亚稳态。还有在基态之上20.55电子伏特的1S0态也是
6、一个亚稳态。2、镁的光谱和能级现在再看第二族元素的光谱和能级的情况。这些元素的光谱和能级有相仿的结构。我们举镁为例。镁也如同氦那样有两套光谱,把它的光谱加以分析研究,也获得两套能级,一套是单一结构,一套是三重结构。如图5.2所示。同图5.1比较一下,可以看出相似之处很多。基本上是同一类结构。氦具有两个电子,在基态时两个电子都在1s态。现在镁具有12个电子,而光谱结构同氦相仿,18足见产生光谱的是两个价电子的作用,其余十个电子构成原子实,这就和钠原子中的原子实相仿。同样,所有第二族的原子都有两个价电子,这两个价电子是负责原子的化学性质和单一态与三重态光谱的产生的。在镁的
7、光谱中,单一态和三重态之间一般没有跃迁,但也有个例外,就是从第一激发态中的3P1到基态1S0,λ=4571.15埃那条线。关于这问题,以后再讨论。镁的单线主线系在紫外,它的三重态主线系在红外和可见区。三重态的第一、第二辅线系和主线系的谱线都显出三个成分,反映3P2,1,0的三个能级。3D和3F的间隔较小,在光谱中不能分辨出来。我们注意镁的3P间隔较氦的大,因为这是同Z有关的。又这里三能级中3P0最低,同氦中的情况相反。镁的电离电势只有7.62伏特,而氦是24.47伏特。镁的第一激发态是3P;激发电势是2.7伏特。而氦的第一激发态是3S,激发电势是19
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