大连理工原子物理第五章 多电子原子Pauli原理.ppt

依据Hund 规则及附加规则确定原子基态 写出原子核外电子排布，并确定原子基态 最外层电子为 依据Hund 规则及附加规则确定原子基态 确定原子基态 简化 仅计算未填满的亚层电子 原子的大小 依照Bohr理论，随着核电荷数增大，原子半径变小 金属中电子 金属特征：在加热过程中，能量几乎完全被原子核得去。 几百K不足以使电子受激发，但可破坏金属之间的晶格结构 原子核内独立核子运动 原子核尺度10-15m，核子之间运动受限？ 原子核尺度10-15m范围以内，核子运动是自由的 核子内的夸克 W - ( s s s ) D - (d d d ) 1964年 Greenberg 引入色自由度 W - ( s s s ) D - ( d d d ) 4) 同科电子合成的状态 pp组态 1S0，1P1，1D2，3S1，3P2，1，0，3D3，2，1 两个同科电子pp组态 1S0，1D2，3P2，1，0 L—S 耦合 pp组态 np2组态，可能的ml和ms数值 确定同科电子的态项图解法 Slater方法，1978年提出 1D 2 服从Pauli不相容原理的态 3P 1S 2 ppp组态 np3组态 nd2 5.4 元素周期表 1) 元素性质的周期性 1869年Mendeleev首先提出元素周期表，元素性质变化随原子量做周期性变化 Bohr把元素按电子组 态的周期性排列成表。 幻数：各峰值所对应的Z值 2) 壳层中的电子数目 核外电子的排布按量子数n分层 核外电子亚层结构(支壳层) 3) 电子组态的能量----壳层的次序 等电子体系的光谱 K,Ca+,Sc2+,Ti3+,V4+,Cr5+,Mn6+ 20个电子 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 2 2 6 2 6 2 0 0 4s2同科电子组态 Ca原子基态1S0 4) 原子基态 Hund 规则： 对于一个给定的电子组态形成的一组原子态，当原子态具有 S最大时，他处的能级位置最低；对同一个S，又以 l 值最大的 为最低。 pp组态 1S0，1P1，1D2，3S1，3P2，1，0，3D3，2，1 Si Hund 附加规则： 对于同科电子，同一l 值，同科电子数小于或等于闭壳层占有 数的一半时，具有最小J值的能级处在最低，这被称为正常次序。 当同科电子数大于闭壳层占有数的一半时，具有最大的J值得能 级最低，这被称为反常次序。 Lande间隔定则 在三重态中，一对相邻的能级之间的间隔与两个J值中较大 的那个值成正比。 比如 三能级的间隔 6个电子 1s 2s 2p 3s 2 2 2 0 2p2同科电子组态 C原子基态3P0 1S0，1D2，3P2，1，0 8个电子 1s 2s 2p 3s 2 2 4 0 2p4同科电子组态 O原子基态3P2 1S0，1D2，3P2，1，0 2p2同科电子组态 大连理工大学物理系 原子物理学 第五章 多电子原子：Pauli原理 5.1 氦的光谱和能级 主线系 锐线系 漫线系 基线系 Li原子能级图 K 元素的能级图 Na 能级图 氦的光谱和能级 4个特征： 1）两套结构： 单层、三层，二者独立 2）存在几个亚稳态 一般激发态寿命10-7s 左右 亚稳态寿命10-3s 以上的激发态 氦的光谱和能级 3）11S0与23S1之间 能量差大He的电力 能大 4）三层结构中没有来自 (1s)2的能级 两套光谱之间相互独立 没有跃迁 三重态经过原子间碰撞形成 电子的具体能态 特点： 只有一个电子被激发 相同电子组态，三重态能级低于单态能级 5.2 两个电子的耦合 1）电子的组态 基态氢原子的能态2S1/2 原子中电子可以处的状态 表征两个电子各自的轨道运动和自旋运动 构成6种相互作用： 相互作用较弱 L—S耦合 LS耦合一般出现大部分原子中 J—J耦合 由元素组态的能级实际情况可判断原子态属哪种耦合。 JJ耦合一般出现在某些高激发态和较重的原子中 3）两个角动量耦合的一般法则 4）选择规则 L—S 耦合 决定氦的两套能级间互相独立 并不总成立 汞原子能谱 反例 Mg 元素的能级图 4）选择规则 j—j 耦合 ss组态 1S0，3S1 L—S耦合 5）由电子的组态到原子态 J—J耦合 考虑sp组态 L—S耦合 1P1 单态 3P2， 3P1 ， 3P0 三重态 J—J耦合 pp组态 L—S耦合 1S0，1P1，1D2 3S1 3D3，2，1 3P2，1，0 J—J耦合 5.3 Pauli不相容原理 1) 历史回顾 结合元素周期性经验规律及光谱实验， 1869年 Mend