《原子物理学》(褚圣麟)第五章 多电子原子.ppt

重点 L-S 耦合 多电子原子的光谱 能级图和原子态 泡利原理和同科电子原子态的确定 辐射跃迁的普用选择定则。 一、氦原子光谱实验规律和能级 5.4 复杂原子光谱的一般规律 第二辅线系 n 3,4… 第一辅线系 n 3,4… 2.使亚稳态向基态跃迁的方法: 1.亚稳态:不能独自自发的过渡到任何一个更低能级的状态。 氦:1s2s1S0和1s2s3S1 受 的限制 4.亚稳态 1 用碰撞激发使原子由亚稳态激发到非亚稳态。 2 无辐射跃迁 第二类碰撞 :与另一原子碰撞时,把能量直接传递给另一原子,不经辐射回到基态。 四、j-j耦合 更多的电子系统: j-j耦合： s1l1 s2l2 … （ j1j2… ）＝Ｊ 适用条件：重原子中每个电子自身的旋轨作用比两个 电子之间的自 旋或轨道运动相互作用强得多。 G1 s1 s2 , G2 ?1?2 强得多。 即G3 s1 ?1 , G4 s2 ?2 比 l 1 s 1 l 2 s 2 2 1 5 , s l G 1 2 6 , s l G 2 2 4 , s l G 1 1 3 , s l G 2 1 2 , s s G 2 1 , l l G1 1.合成法则 1 2 （3） （4）原子态的标记法 jj耦合的情况下，原子的状态用量子数j1，j2和J来表示，其方法是（ j1，j2）J 。 2. j-j耦合原子态跃迁的选择定则 例、电子组态nsnp，在j-j 耦合情况下，求可能的原子态。 解：两个电子系统电子组态为nsnp：s1 1/2, l1 0；s2 1/2,l2 1所以j1 1/2, j2 1/2,3/2。 j2 1/2, 3/2 j1 1/2 1/2,1/2 1,0, 1/2,3/2 2,1 与L-S耦合的原子态1P1 ,3P2，1，0对比 ，两种耦合态的J值同，状态的数目相同。可见原子态的数目完全由电子组态决定。 原子能级的类型实质上是原子内部几种相互作用强弱不同的表现, L-S耦合和j-j耦合是两个极端情况,有些能级类型介于二者之间, 只有程度的差别,很难决然划分,j-j耦合一般出现在高激发态和较重的原子中。 L-S耦合和j-j耦合的对比和变化情况 C Si Ge Sn Pb 2p2p 3p3p 4p4p 5p5p 6p6p 2p3s 3p4s 4p5s 5p6s 6p7s 5.3 泡利原理和同科电子 一、泡利不相容原理 二、同科电子 等效电子 组态的原子态 （L-S耦合） 三、如何确定原子多重态（满壳层，非满壳层，同壳层，非同壳层） 一、 泡利不相容原理 1925年，年仅25岁的泡利提出不相容原理：原子中每个状态只能容纳一个电子，换言之原子中不可能有两个以上的电子占据四个量子数 n,l,ml,ms 相同的态。后来发现凡自旋为1/2奇数倍的微观粒子 电子、质子、中子等，统称费米子 都满足上述泡利原理。泡利原理更普遍意义是微观全同粒子是不可区分的，交换两个全同粒子不改变其几率。例如交换两个粒子的位置，仍有 这意味着有 波函数具有反对称性（对应“－”号）或对称性（对应“＋”号）。费米子的波函数具有反对称性；玻色子（自旋为整数的粒子）的波函数具有对称性。 由于泡利原理的限制，多电子原子中电子按照n、l顺序填充。形象地将主量子数n的态称主壳层（壳层）；角量子数l的态称子壳层；并分别由英文字母表示为 原子中各电子在n l壳层的排布称电子组态。如：双电子的氦的基态电子组态是1s1s。当一个电子被激发到2s，2p后的电子组态是1s2s ， 1s2p 。 n 1，2，3，4，5… | | | | | K L M N O… 泡利不相容原理限制了L-S耦合、j-j耦合的形成的原子态。 二、同科电子 等效电子 组态的原子态 （ L-S耦合） nl相同的电子组态称同科电子组态，同科电子由于全同粒子的不可区分和不相容原理限制，由同科电子（如npnp） L-S耦合的原子态少于非同科电子组态 np n′p 原子态。 1.非同科电子 np n′p S 0 1 L 0 1 2 以MS为横坐标，ML为纵坐标在ML～ Ms坐标系中标出相应态数 1 1 1 1 1 1 Ms ML 3P0,1,2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Ms ML 1 1 3D1,2,3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Ms ML 3S1 1 Ms ML 1 1 1D2 1 1 1 Ms ML 1P1 1 1 1 Ms ML 1S0 1 作出总的ML～ Ms图 3 3 2 2 2 2 Ms ML 2 2 4 6 4 1 1 1 1 2.同科电子 npnp 1 以前（非同科电子）有的态，现在没有了 （2）以前（非同科电子）为