《原子光谱》PPT课件(I)

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1、提纲第三章原子、分子、固体§2多电子原子系统元素周期表泡利不相容原理能量最低原理作业：3-2§3原子光谱碱金属原子光谱能级在外磁场中的分裂塞曼效应原子组态关于量子力学的小结1氢原子的状态必须用四个量子数才能完全确定。主量子数决定电子的能量。角量子数决定电子轨道角动量磁量子数决定轨道角动量的空间取向，自旋磁量子数决定自旋角动量的空间取向，。为正时，称为自旋向上。为负时，称为自旋向下。2§2多电子原子系统元素周期表原子组态其它元素的原子核都有两个以上的电子，其运动比主量子数不同的电子分布在不同的壳层上，为:s，p，d，f……l=1、2、3、4……..n=1

2、、2、3、4……..K，L，M，N……角量子数不同的电子分布在不同的支壳层上：例钠原子（电子）组态：(1s)2(2s)2(2p)6(3s)1)单电子复杂，但可证明仍可用四个量子数来确定其状态，电子的能量不仅与主量子数n有关，且与角量子数l有关，这是因为要计及电子之间的相互作用。但角量子数仅使能量有一个小的修正。3能量最低原理泡利不相容原理原子中两个或两个以上的电子不能处于完全相同的状态。n越小能量越低；在同一主壳层上，l越小相应的能量一般越低。多电子原子中，核外电子在不同壳层上的分布要遵守下面两条原则：对于半奇数自旋的粒子都服从泡利不相容原理。原子系统处于正常

3、状态时，每个电子总是尽可能占有最低的能级，使得整个原子系统的能量尽可能为最小，这样的系统最稳定。元素的周期性质完全是原子中电子按壳层分布的周期性反映。41s22p2s263p3s264p4s3d610261025p5s4d壳层中的电子数6p5d6s4f6101426101426d7s5f7p闭壳层积累的电子总数36（Kr)86（Rn)54（Xe)18（Ar)10（Ne)2（He)88181832322(1,0,0,-1/2)(1,0,0,1/2)5一般情况下，原子中电子近似处于一个平均的有心力场运动下面以碱金属来说明：碱金属的一个价电子处在由原子实形成的屏蔽库仑场

4、U(r)中，或者说原子核对最外层电子的作用受到屏蔽。使其能量较氢原子的能量降低。碱金属原子光谱r1s锂原子Z=32pr2sr其定态薛定谔方程解类似于氢原子，能级主要由主量子数决定，能级简并解除。§3原子光谱61、碱金属能级Enl-e●●轨道贯穿轨道角动量影响能级的因素主要有两方面：轨道贯穿使电子感受轨道贯穿电子有可能进入原子实，到了更多正电荷的作用，对于不同的l，有不同的电子云分布，相应于不同的“轨道”，对于l较小的轨道，这称为轨道贯穿。因此能量要降低。7P32P31P3009n=2n=3回忆n相同，l不同的电子径向概率分布分析非常靠近原子核的情况l小的靠近核

5、的概率大，能量低。P21P20048●●●原子实极化-e原子实极化价电子对原子实中负电荷的排斥，使原子实负电荷的重心向远离电子方向移动，造成了原子实的极化。原子实中所有电子电荷的和为(Z1)e，电荷重心偏移后，这部分负电荷与原子核中相应部分的等量正电荷形成了一个指向价电子的偶极子，这使得价电子附加了一部分负的电势能。e+(Z1)e(Z1)e9以上两种因素都使价电子感受到了更多正电荷的作用，都使主量子数为n的价电子能量低于相同主量子数n的氢原子中电子的能量。碱金属的能级公式可表示为n=2H原子能级碱金属能级n=22P(l=1)2S(l=0)—量子数亏损1

6、0如锂原子内头两个电子占据1s态，它们受3e核电荷的作用,波函数平均半径只有1s态的1/3，形成一个紧凑的原子实。2s、2p态平均半径与氢原子相同，在原子实以外，2s比2p更靠近原子实，感受到更多的静电吸引，所以能量更低。如图所示。因此，考虑了电子、电子相互作用，能量l的简并解除。2钾原子能级3s3d氢原子能级343p2锂原子能级2s2p氢原子能级33s3p3d11锂原子能级图2s2p主线系第二辅线系4f3p5p5f3d4d5d6d4p6p3s4s5s6s7s第一辅线系基线系12*简并对称性的破除经典磁矩的定义经典角动量的定义磁矩与轨道角动量的关系角动量空间方向量

7、子化，所以磁矩也是量子化的，但是这些不同方向的角动量状态对应的能量En却是相同的，在无外场时能级简并，只与n有关。如果加上外磁场，磁矩与外磁场的相互作用将使各简并的磁量子态能量发生不同的变化，简并态被消除，出现了能量与磁量子数m有关的状态。折合质量13电子的“轨道”运动使电子感受到原子实围绕它转而产生的磁场，设其磁感强度为则自旋引起的附加磁能（自旋轨道耦合能）-e+e●●2、碱金属光谱的精细结构前面已经给出：14所以考虑到自旋轨道耦合能后，有：这样，一个与量子数n、l对应的能级就分裂成了两个能级。相应于该能级跃迁的一条谱线，就分成了两条谱线。自旋轨道耦合引起的能量

8、差很小，典