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1、1—2原子的能级和辐射跃迁一、原子的能级和简并度由量子力学得出的氢原子能级图玻尔理论的一条能级对应于电子的一种轨道量子力学的一条能级则对应于电子的一种状态每个状态用量子数n,l,mlms来描述651234n能级:粒子的内部能量值高能级:能量较高的能级低能级:能量较低的能级基能级:能量最低的能级(相应的状态称基态）激发能级:能量高于基能级的其它所有能级(相应状态称激发态)651234n激发态基态二、四个量子数（表征电子的运动状态）1.主量子数n(1,2,3,……)2.辅量子数代表轨道的形状和轨道角动量l(0，1，2，…….,n-1)大体上决定了电子能量,代
2、表电子运动区域的大小和它的总能量的主要部分(角量子数)对同一个n，角动量有n个不同的值但能量相同，代表轨道的形状和轨道角动量，这也同电子的能量有关.对于l=0，1，2，3等的电子顺次，依次用字母s、p、d、f来表示，通常称s电子、p电子3.磁量子数ml(0，±1，±2，…….,±l)代表轨道在空间的可能取向，即轨道角动量在某一特殊方向的分量l=2对z轴旋转对称例如：Lz0z角动量大小是Z方向分量有：2l+1=5种取值在空间有五种可能的取向，是量子化的说明4.自旋磁量子数ms(1/2,-1/2)决定电子自旋角动量空间取向即轨道角动量在某一特殊方向的分量电子自旋
3、角动量大小S在外磁场方向的投影s—自旋量子数电子自旋角动量在外磁场中的取向自旋磁量子数ms取值个数为ms=±1/22s+1=2则s=1/2，三、简并 简并态1.简并——与同一能级对应的有两个或以上的状态2.简并度g——同一能级所对应的不同电子运动状态的数目(单个状态内的平均光子数)。3.简并态——同一能级的各状态称简并态例：计算1s和2p态的简并度原子状态nlmlms简并度1s100g1=22p2110-1g2=6电子n=3态有几种简并态？角动量有3种每种角动量空间取向有2l+1种电子还有2种自旋所以共有18种一般结论:简并态sssPPd四、原子状态的标记原
4、子中核外电子的排布要遵守泡利不相容原理能量最低原理一个原子内不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的状态或说一个原子内不可能有四个量子数完全相同的电子或说不可能有两个或两个以上的电子处于同一个量子态1.泡利不相容原理电子填充各壳层的次序是：1s，2s，2p，3s，3p，4s，3d，4p，5s，4d，5p，6s…2.能量最低原理“电子优先占据最低能态”ZeSPDnl1021032103d3p3s2p2s1sn=1n=2n=3相同n,l组成一个支壳层对应于l=0,1,2,3,…的各支壳层分别记做s,p,d,f,g,h…3.原子的电子组态符号例:钠原子有11个核
5、外电子,钠原子基态的电子组态为n≥3的激发态的钠原子电子组态为等等这10原子称原子实。原子实以外的电子称为价电子，可以被激发4.原子态的标记由于原子中电子的轨道角动量与自旋角动量之间的相互作用,原子的同一电子组态可以形成不同的原子组态。（以两个电子为例来说明）两个电子各有其轨道运动（l1，l2）和自旋运动（s1，s2），每一种运动都产生磁场，因此对其他运动都产生影响。这四种运动可以有六种相互作用：一般情况下，G5、G6比较弱，可以忽略。LS耦合——G1、G2比G3、G4强,只考虑G1、G2偶合.JJ耦合——G3、G4比G1、G2强,只考虑G3、G4偶合.在L
6、S耦中，两个轨道角动量合成一个总轨道角动量，其量子数为L，L=l1+l2，l1+l2-1…..l1-l2两个自旋角动量合成一个总自旋角动量，其量子数为S,S=s1+s2或s1-s2然后,总自旋角动量和总轨道角动量合成总角动量J，其量子数为J=L+S,L+S-1……L-S。这样，就可以说明一对电子在某一组态可能形成的不同原子态。用表示原子组态，符号L用大写字母如：S、P、D、F、G、H……表示,分别对应L=0,1,2,3,4…..例:氦原子的几个不同电子组态的原子态(1)氦原子的1s1s电子组态(2)氦原子的1s2s电子组态(3)氦原子的1s2p电子组态氦原子
7、部分能级图20.55ev19.77ev5.辐射跃迁选择定则(1)跃迁只能发生在不同的宇称态之间;(2)△J=0,±1(0→0除外)此外,在原子中,对LS耦合,还有附加的选择定则:(3)△L=0,±1(4)△S=0奇宇称——原子中各电子的轨道辅量子数li总和是奇数偶宇称——原子中各电子的轨道辅量子数li总和是偶数数例:氦原子基态13S1和两个激发态23S123S0都是偶宇称，因此不满足辐射跃迁选择定则（1），这三态都是亚稳态。五、玻耳兹曼分布1.玻耳兹曼分布(热平衡分布)热平衡状态下,处于某一能级Ei的粒子数密度ni(单位体积内的粒子数,常简称称粒子数)为其中
8、:T---热平衡时的绝对温度ni---处在能级Ei的
