原子物理第5章多电子原子

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1、§5多电子原子复习H原子：类H离子：碱金属原子：若核(实)外有两个电子，由两个价电子跃迁而形成的光谱如何？能级如何？原子态如何？He：Z=2Be：Z=4=212+2Mg：Z=12=2(12+22)+2Ca：Z=20=2(12+22+22)+2Sr：Z=38=2(12+22+32+22)+2Ba：Z=56=2(12+22+32+32+22)+2Ra：Z=88=2(12+22+32+42+32+22)+2通过前几章的学习，我们已经知道了单电子和具有一个价电子的原子光谱及其规律，同时对形成光谱的能级作了比较详细的研究。弄清了光谱精细结构以及能级双层结

2、构的根本原因-电子的自旋。通过前面的学习我们知道：碱金属原子的原子模型可以描述为：原子实+一个价电子,这个价电子在原子中所处的状态,n,l,j,mj决定了碱金属的原子态n2s+1Lj，而价电子在不同能级间的跃迁，便形成了碱金属原子的光谱。可见,价电子在碱金属原子中起了十分重要的作用，它几乎演了一场独角戏。多电子原子是指最外层有不止一个价电子，换句话说，舞台上不是一个演员唱独角戏，而是许多演员共演一台戏，那么这时情形如何，原子的能级和光谱是什么样的呢？这正是本章所要研究的问题。能级1．谱线的特点我们知道碱金属原子的光谱分为四个线系：主线系：锐线系：漫线系：基

3、线系：实验表明，氦原子的光谱也是由这些线系构成的，与碱金属原子光谱不同的是：氦原子光谱的上述四个线系都出现双份，即两个主线系，两个锐线系等。实验中发现这两套谱线的结构有明显的差异，一套谱线由单线构成，另一套谱线却十分单线-------四个线系均由单谱线构成主,锐线系由三条谱线构成复杂。具体情况是：光谱多线-----漫,基线系由六条谱线构成氦原子的光谱由两套谱线构成，一套是单层的，另一套是三层，这两套能级之间没有相互跃迁，它们各自内部的跃迁便产生了两套独立的光谱，早先人们以为有两种氦，把具有复杂结构的氦称为正氦，而产生单线光谱的称为仲氦，现在认识到只有一种氦

4、，只是能级结构分为两套。§5.1He原子的光谱和能级一、光谱分成主线系、第一辅线系、第二辅线系等，每个线系有两套谱线。二、能级He原子的能级也分为两套，一套是单层的，一套是三层的。能级和能级图什么原因使得氦原子的光谱分为两套谱线呢？我们知道，原子光谱是原子在不同能级间跃迁产生的；根据氦光谱的上述特点，不难推单层结构:1S,1P,1D,1F----仲氦测，其能级也分为两套：三层结构:3S,3P,3D,3F-----正氦3．能级和能级图的特点1）能级分为两套，单层和三层能级间没有跃迁；氦的基态是1s1s1S0；2）状态1s1s3S1不存在，且基态1s1s1S0

5、和第一激发态1s1s3S1之间能差很大；3）所有的3S1态都是单层的；4）1s2s1S0和1s2s3S1是氦的两个亚稳态；（不能跃迁到更低能级的状态称为亚稳态,当原子处在亚稳态时，必须将其激发到更高能，方可脱离此态回到基态）5）一种电子态对应于多种原子态。不仅氦的能级和光谱有上述特点，人们发现，元素周期表中第二族元素的光谱都与氦有相同的线系结构。即原子实+2个价电子。由此可见，能级和光谱的形成都是二个价电子各种相互作用引起的.1．单层能级之间跃迁产生一组谱线主线系：第一辅线系：第二辅线系：基线系：2．三层能级之间的跃迁产生一组复杂结构的谱线主线系：三个成份

6、第一辅线系：六个成份第二辅线系：三个成份基线系：六个成份3．两套能级之间不产生跃迁§5.2角动量耦合和对He光谱的解释电子的组态1.定义：两个价电子处在各种状态的组合，称电子组态。比如，氦的两个电子都在1s态，那么氦的电子组态是1s1s；一个电子在1s，另一个到2s2p3s3d…,构成激发态的电子组态。对于氦,两个电子的主量子数n都大于1，构成高激发态，实验上不容易观测，它需要很高的能量激发。2.电子组态与能级的对应电子组态一般表示为n1l1n2l2；组态的主量子数和角量子数不同，会引起能量的差异，比如1s1s与1s2s对应的能量不同；1s2s与1s2p对

7、应的能量也不同。一般来说，主量子数不同，引起的能量差异会更大，主量子数相同，角量子数不同，引起的能量差异相对较小一些。在氦的第二族元素中，考虑自旋后，在一种电子组态n1l1n2l2中，两个价电子分别有各自的轨道和自旋运动，因此存在着多种相互作用，使得系统具有的能量可以有许多不同的可能值。而每一种能量的可能值都与一种原子态，即一个能级相对应。我们说，这些原子态便是该电子组态可能的原子态。同一电子组态可以有多种不同的能量，即一种电子组态可以与多种原子态相对应。我们知道，一种原子态和能级图上一个实实在在的能级相对应。对碱金属原子，如果不考虑自旋，则电子态和原子态

8、是一一对应的，通常用nl表示电子态，也表示原子态;如果考虑自旋，则