原子物理第五章(5.1_5.4).pptVIP

第五章 多电子原子 §5.1 氦及第二族元素的光谱和能级 第五章 多电子原子 §5.2 具有两个价电子的原子态 §5.3 泡利原理与同科电子 §5.4 复杂原子光谱的一般规律 §5.5 辐射跃迁的普用选择定则 §5.5 辐射跃迁的普用选择定则 §5.5 辐射跃迁的普用选择定则 一.泡利不相容原理 He原子的基态电子组态是1s1s；在LS耦合下，可能的原子态是1S0和3S1;但在能级图上，却找不到原子态3S1，事实上这个态是不存在的，这又是为什么？ 1925年，泡利总结出一个原理：不可能有 两个或两个以上的电子具有完全相同的状态。 (完全相同的四个量子数) 二.确定电子状态的量子数 (n，l，ml，ms ，s ) 1．主量子数n --确定原子中电子在核外空间运动轨道的大小和能量的高低.一般说来，n?大，能量?高，轨道半径?大. 2．轨道角量子数l l 决定电子轨道的形状和角动量的大小，同时也与能量有关.n相同时，l?大，能量?高。 3．轨道磁量子数ml 表示轨道角动量在外场方向的投影为： 3．轨道磁量子数ml 表示轨道角动量在外场方向的投影为： 4．自旋磁量子数ms 表示自旋角动量在外场方向的投影： 三.各壳层所能容纳的最大电子数 1．n、l、ml 相同的：最多容纳两个电子 2．n、l 相同的次壳层：最多容纳2(2l+1)个电子 f d p s 次壳层 14 10 6 2 电子数 l=3 l=2 l=1 l=0 3．n相同的主壳层：最多容纳2n2个电子 N M L K 主壳层 32 18 8 2 电子数 n=4 n=3 n=2 n=1 四.同科电子构成的原子态 1．同科电子：n、l 两个量子数相同的电子。 2．同科电子形成的原子态比非同科有相同l值的 电子形成的原子态要少。 例如：1s1s电子组态只能形成一个原子态 1s2s电子组态可以形成两个原子态 3．同科电子确定原子态的方法 先考虑正常的LS耦合，再把L和S是“偶数偶 数组合”与“奇数奇数组合”保留，即可得 到正确的原子态。 一.光谱和能级的位移律 由实验观察到，具有原子序数Z的中性原子的光谱和能级，同具有原子序数Z+1的原子一次电离后的离子的光谱和能级很相似。 例如 H 原子同一次电离的He+； He原子同一次电离的Li+； Na原子同一次电离的Mg+ 结论：两个体系具有相同的电子数和电子组态！ 钠原子及Mg+能级图 二.多重性的交替律 人们发现，按周期表顺序的元素交替地具有偶数或者奇数的重态。 八重 七重 七重 六重 六重 六重 五重 五重 五重 五重 四重 四重 四重 四重 四重 三重 三重 三重 三重 三重 双重 双重 双重 双重 双重 双重 单一 单一 单一 单一 单一 29Cu 28Ni 27Co 26Fe 25Mn 24Cr 23V 22Ti 21Sc 20Ca 19K 三.三个或三个以上价电子的原子态的推导 1. L－S耦合 重数的判断： 一个价电子的s＝ 1/2 ，重数为2s+1＝2； 两个价电子的S＝0，1，重数为一重或三重； 三个价电子的S＝ 1/2，3/2,重数为二重、四重 四个价电子的S＝0，1，2，重数为一重、三 重或五重； 五个价电子的S＝ 1/2，3/2，5/2，重数为二 重、四重或六重。 结论：每增加一个价电子，重数就增加1或减小1，因而存在重数的交替律！ 原子态的判断： 任何原子的状态，都可以看作它的一次电离的离子加一个电子形成的。 例如Al原子可以看成是一次电离的 Al+ 加上一个 3p电子构成。 而根据光谱和能级的位移律，我们可以知道一次电离的 Al+ 核外有12个电子，与前一位的Mg原子核外电子情况相同，因为具有相同的电子组态和原子能级。 因此Al原子可以看成是Mg原子+一个3p电子 Al原子＝Mg原子+一个3p电子 Mg原子核外有两个2p价电子，属于双价电子情况。考虑LS耦合，容易知道，S=0,1;L=2,1,0； 又因为是两个同科p电子，所以考虑将LS同为奇数或者同为偶数的组合挑选出来。最后得到五个原子态：1D2 3P2,1,0 1S0 以3P为例，现在要在3P的基础上加一个p电子， 那么原有的Lp为1，新加电子的l为1，故合成的L为2，1，0； 原有的Sp为1，新加电子的s为1/2，故合成的S为1/2， 3/2。 三.三个或三个以上价电子的原子态的推