《原子物理学》(褚圣麟)第五章多电子原子.ppt

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1、第五章多电子原子教学内容5.1氦及周期系第二族元素的光谱和能级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5.6氦氖激光器（自学、了解）教学要求（1）掌握氦原子、镁原子等具有两个价电子原子的光谱和能级。（2）掌握原子的耦合矢量模型（L-S耦合和j-j耦合）的步骤、适用范围，正确地求出电子组态构成的原子态（光谱项）。（3）掌握洪特原则、朗德间隔定则和电偶极辐射跃迁选择定则，并能正确画出能级图，解释氦原子、镁原子等具有两个价电子原子的光谱的形成。（4）了解复杂原子光谱一般规律。（5）掌握泡利不相容原理，正确构造出同科电子原子态。（

2、6）了解爱因斯坦原子激发和辐射跃迁的基本概念，了解氦氖激光器的原理。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。难点L-S耦合多电子原子基态的确定和能级高低的判别泡利原理和同科电子原子态的确定通过前几章的学习，我们已经知道了单电子和具有一个价电子的原子光谱及其规律，同时对形成光谱的能级作了比较详细的研究。弄清了光谱精细结构以及能级双层结构的根本原因-电子的自旋。碱金属原子的原子模型可以描述为：原子实+一个价电子,这个价电子在原子中所处的状态,n,l,s决定了碱金属的原子态n2s+1Lj，而价电子在不同能级间的跃迁，便形成了碱金属原子的光

3、谱。可见,价电子在碱金属原子中起了十分重要的作用。若核(实)外有两个电子，由两个价电子跃迁而形成的光谱如何？能级如何？原子态如何？He：Z=2Be：Z=4=2+2Mg：Z=12=2+8+2Ca：Z=20=2+8+8+2Sr：Z=38=2+8+8+18+2Ba：Z=56=2+8+8+18+18+2Ra：Z=88=2+8+8+18+18+18+25.1氦及周期系第二族元素的光谱和能级一、氦原子的光谱和能级二、镁原子的光谱和能级1、光谱分成主线系、第一辅线系、第二辅线系等，每个线系有两套谱线。一套是单层的，另一套是三层，这两套能级之间没有相互跃迁，早先人们以为有两种氦，把具有复杂结构的氦称为正氦

4、，而产生单线光谱的称为仲氦，现在认识到只有一种氦，只是能级结构分为两套。一、氦原子光谱实验规律和能级第一节：氢的光谱和能级2．能级和能级图什么原因使得氦原子的光谱分为两套谱线呢？我们知道，原子光谱是原子在不同能级间跃迁产生的；根据氦光谱的上述特点，不难推测，其能级也分为两套：单层结构:1S,1P,1D,1F----仲氦三层结构:3S,3P,3D,3F-----正氦Next氦能级标记能级特点能级分为两套，单层和三层能级间没有跃迁；氦的基态是1s1s1S0；状态1s1s3S1不存在；所有的3S1态都是单层的；1s2s1S0和1s2s3S1是氦的两个亚稳态；一种电子态对应于多种原子态。实验发现，

5、碱土族元素原子与氦原子的能级和光谱结构相仿，光谱都有两套线系，即两个主线系，两个漫线系（第一辅线系），两个锐线系（第二辅线系）…，一套是单线结构，另一套是多线结构。相应的能级也有两套，单重态能级和三重态能级，两套能级之间无偶极跃迁。二、镁原子光谱实验规律和能级双电子系统：氦原子和碱土族元素（铍、镁、钙、锶、钡、镭、锌、镉、汞原子）5.2有两个价电子的原子态二、L-S耦合一、电子组态三、氦原子能级和光谱四、j-j耦合一、电子组态:处于一定状态的若干个（价）电子的组合（n1l1n2l2n3l3…)。两个电子之间的相互作用:例：氦原子基态:1s1s第一激发态:1s2s镁原子基态:3s3s第一激发

6、态:3s3p电子组态:1#n1l1s1=1/2l1s12#n2l2s2=1/2l2s2()215,slG()126,slG()224,slG()113,slG()212,ssG()21,llG1二、L-S耦合（1）适用条件（2）两个轨道角动量的耦合（3）两个自旋角动量的耦合（4）总轨道角动量与总自旋角动量的耦合（5）原子态的标记法（6）洪特定则（7）朗德间隔定则（8）跃迁的选择定则（1）适用条件适用条件:两个电子自旋之间的相互作用和两个电子的轨道之间的相互作用，比每个电子自身的旋--轨相互作用强。即G1(s1s2),G2(12),比G3(s11),G4(s22),要强得多。推广到更

7、多的电子系统：L-S耦合：(s1s2…)(l1l2…)=(SL)＝Ｊl1s1l2s2()215,slG()126,slG()224,slG()113,slG()212,ssG()21,llG1对于两个电子的系统，角动量有2121,,,ssllpppprrrr它们之间发生耦合有六种方式：但这六种耦合强度不等，显然G5,G6很小，轻原子的G1和G2比G3和G4强，即两个轨道角动量耦合成总角动量:L；同样两个自旋耦合成总自角动