原子物理学第五章多电子原子

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1、第五章多电子原子1.两套光谱线系，两套能级5.1氦及周期系第二族元素的光谱和能级第二族元素：Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra,Zn,Ge,Hg,两个活跃的价电子一.He原子光谱和能级He及周期系第二族元素光谱具有相仿的结构，具有原子光谱的一般特征，如：线状，谱线系。但也有特殊性。两套光谱线系都分别有类似碱金属原子光谱的主线系，一辅系，二辅系，柏格曼系等。He：Z=2Be：Z=4=212+2Mg：Z=12=2(12+22)+2Ca：Z=20=2(12+22+22)+2Sr：Z=38=2(12+22+32+22)+2Ba：Z

2、=56=2(12+22+32+32+22)+2Ra：Z=88=2(12+22+32+42+32+22)+2氦原子能级图2.两套能级间不产生跃迁3.不存在态4.存在两个亚稳态5.电子组态相同的，三重态能级总低于单一态相应的能级；三重能级结构中，同一值的三个能级，值大的能级低（倒转次序）这五个特点包含着五个物理概念。二.Mg原子光谱和能级Mg原子光谱和能级结构与He原子相似，也有差异。5.2具有两个价电子的原子态一.电子组态1.电子组态的表示处于一定状态的若干个（价）电子的组合激发态电子组态:基态电子组态：简记：简记：简记：氦原子

3、基态:1s1s激发态:1s2s，1s2p，1s3s，1s3p，……镁原子基态:激发态:电子组态仅反映了电子轨道运动的特征（库仑相互作用）；对同一电子组态，即使库仑相互作用相同，但由于自旋-轨道相互作用的不同，具有不同的总角动量，所以会产生不同能量的原子状态。2.两个电子间自旋-轨道相互作用的方式自旋-自旋相互作用轨道-轨道相互作用自旋-轨道相互作用两种极端情形：L-S耦合j-j耦合LS耦合的矢量图二、L-S耦合1.耦合方式按量子化要求，量子数L,S如下确定：按量子化要求，总角动量量子数J如下确定：当L>S时,每一对L和S共有2S+

4、1个J值;当L

5、2.对于同科电子，即同nl，不同J值的诸能级顺序是：当同科电子数≤闭壳层电子占有数一半时，以最小J值（

6、L－S

7、）的能级为最低，称正常序。同科电子数>闭层占有数的一半时，以最大J（＝L+S）的能级为最低，称倒转序。4.朗德间隔定则在L-S耦合的多重态能级结构中，相邻的两能级间隔与相应的较大的J值成正比。因而两相邻能级间隔之比等于两J值较大者之比。例:三个能级两个间隔之比为2:1三个能级两个间隔之比为2:3三个能级两个间隔之比为4:35.LS耦合模型对He,Mg能级的理解He能级三.j-j耦合1.耦合方式量子数：2.j-j耦合下原子

8、态标记例题:电子组态nsnp，在j-j耦合情况下，求可能的原子态。j1=1/2(1/2,1/2)1,0,(1/2,3/2)2,1j2=1/2,3/2电子组态nsnp：s1=1/2,l1=0；s2=1/2,l2=1所以j1=1/2,j2=1/2,3/2。与LS耦合下的原子态数和总角动量J相同四.两种耦合模型的比较LS耦合对于原子的基态和轻原子的低激发态成立，适用范围较广；j-j耦合一般出现在高激发态和较重的原子中。5.3泡利原理与同科电子一.电子的量子状态描述轨道角动量、自旋角动量空间取向量子数，取值：用五个量子数描述：二.泡利不相

9、容原理在一个原子中，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)。例：He原子1s1s电子组态不能形成原子态。因此，两个电子的不能再相同，即两电子的自旋取向必须相反，总自旋S只能为0.只能形成电子组态1sns(n≠1)可以形成二个原子态：同理，nsns也只形成一个原子态：5.4复杂原子光谱的一般规律一、光谱和能级的位移律：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结构相似。例如：H同He+,He同Li+二、多重性的交替律:按周期表顺序的元素，交

10、替的具有偶数或奇数的多重态。交替的多重态单一单一单一单一单一双重双重双重双重双重双重三重三重三重三重三重四重四重四重四重四重五重五重五重五重六重六重六重七重七重八重三、三个或三个以上价电子的原子态的推导1.能级的多重数由S决定，每加一个电子时，新的