资源描述：
《原子物理学-褚圣麟-第五章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第五章：多电子原子AtomicPhysics原子物理学通过前几章的学习，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。通过前面的学习我们知道：碱金属原子的原子模型可以描述为：原子实+一个价电子上一页下一页首页这个价电子在原子中所处的状态,n,l,j,m决定了碱金属的原子态，而价电子在不同能级间的跃迁，便形成了碱金属原子的光谱。可见,价电子在碱金属原子中起了十分重要的作用，多电子原子是指最外层有不止一个价电子，换句话说，舞台上不是一个
2、演员唱独角戏，而是许多演员共演一台戏，那么这时情形如何，原子的能级和光谱是什么样的呢？这正是本章所要研究的问题。它演了一场独角戏上一页下一页首页我们知道碱金属原子的光谱分为四个线系：主线系：锐线系：漫线系：基线系：实验表明，氦原子的光谱也是由这些线系构成的，但与碱金属原子光谱不同的是：氦原子光谱的上述四个线系都出现双份，即两个主线系，两个锐线系等。1．谱线的特点第一节：氦的光谱和能级上一页下一页首页实验中发现这两套谱线的结构有明显的差异，一套谱线由单线构成，另一套谱线却十分复杂。具体情况是：光谱：单线多线（常说成3线）上一页下一页首页氦原
3、子的光谱由两套谱线构成，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，它们各自内部的跃迁便产生了两套独立的光谱。早先人们以为有两种氦，把具有复杂结构的氦称为正氦，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。上一页下一页首页上一页下一页首页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，其能级也分为单层结构:三层结构:S,P,D,FS,P,D,F2．能级和能级图两套：上一页下一页首页1）能级分为两套，单层和三层能级间没有跃迁；氦的基态
4、是1s1s1S0；3．能级和能级图的特点上一页下一页首页4）1s2s1S0和1s2s3S1是氦的两个亚稳态；（不能自发跃迁到更低能级的状态称为亚稳态,当原子处在亚稳态时，必须将其激发到更高能，方可脱离此态回到基态）2）状态1s1s3S1不存在，且基态1s1s1S0和第一激发态1s1s3S1之间能差很大；3）所有的3S1态都是单层的；上一页下一页首页的光谱都与氦有相同的线系结构。5）一种电子态对应于多种原子态。不仅氦的能级和光谱有上述特点，人们发现，元素周期表中第二族元素：Be(4)、Mg(12)、Ca(20)、Sr(38)、Ba(56)、
5、Ra(88)、Zn(30)、Cd(48)、Hg(80)原子实+2个价电子。由此可见，能级和光谱的形成都是二个价电子各种相互作用引起的.即上一页下一页首页6）氦与镁原子光谱能级的比较（a）类似两套光谱、两套能级（b）差异能级高低顺序不同，能级精细结构间距不同基态稳定性不同第二节：两个电子的耦合1.定义：两个价电子处在各种状态的组合，称电子组态。比如，氦的两个电子都在1s态，那么氦的电子组态是1s1s；一个电子在1s，另一个到2s2p3s3d…,构成激发态的电子组态。一、电子的组态对于氦,两个电子的主量子数n都大于1，构成高激发态，实验上不容
6、易观测，它需要很高的能量激发。上一页下一页首页2.电子组态与能级的对应电子组态一般表示为n1l1n2l2；组态的主量子数和角量子数不同，会引起能量的差异，比如1s1s与1s2s对应的能量不同；1s2s与1s2p对应的能量也不同。一般来说，主量子数不同，引起的能量差异会更大，主量子数相同，角量子数不同，引起的能量差异相对较小一些。同一电子组态可以有多种不同的能量，即一种电子组态可以与多种原子态相对应。我们知道，一种原子态和能级图上一个实实在在的能级相对应。上一页下一页首页对碱金属原子，如果不考虑自旋，则电子态和原子态是一一对应的，通常用nl
7、表示电子态，也表示原子态;如果考虑自旋，则由于电子的与的相互作用，使得一种电子态nl（即原子态）可以对应于两种原子态n2Lj1,n2Lj2;在氦等第二族元素中，考虑自旋后，在一种电子组态n1l1n2l2中，两个价电子分别有各自的轨道和自旋运动，因此存在着多种相互作用，使得系统具有的能量可以有许多不同的可能值。而每一种能量的可能值都与一种原子态，即一个能级相对应。我们说，这些原子态便是该电子组态可能的原子态。上一页下一页首页在碱金属原子中，我们曾讨论过价电子的与的相互作用，在那里我们看到与合成总角动量，求得了的可能值，就得到了能量的可能值E
8、nlj上一页下一页首页在两个价电子的情形中，每一个价电子都有它自己的轨道与自旋运动，因此情况比较复杂。设两个价电子的轨道运动和自旋运动分别是l1,l2,s1,s2，则在两个电子间可能的相互作用
