原子物理学课件--第四章.ppt

第四章 多电子原子:泡利原理 4.1. 氦原子的能级和光谱 4.2. 两电子耦合 4.3. 泡利不相容原理 4.4. 元素周期表 4.1. 氦原子的能级和光谱 氦原子的能级和光谱 电子组态 理解能级图 4.1.1. 氦原子的能级和光谱(1) 氦原子 He 两个电子 氦原子的光谱 形成光谱线系 两套线系（每套四个线系）: 两个主线系，两个第一辅线系，两个第二辅线系，两个伯格曼线系 两套光谱线系的结构有显著差别: 一套谱线都是单线，另一套谱线却有复杂的结构(三重态) He的光谱?能级图 两套能级: 一套是单层，另一套是三层 4.1.2.电子组态(1) 电子组态:原子中各个电子所处的状态 电子状态用nl 两个量子数描述 例 氢原子基态的电子组态: 1s 氦原子基态的电子组态: 1s1s=(1s)2 一个电子组态可能组成许多个原子态 4.1.3.理解能级图（1） 4.1.3.理解能级图（2） 电子组态一定,有两套能级: 单一态（S = 0），三重态（S = 1) (?) 三重态能级小于单一态能级 (?) 选择定则: 单重态和三重态之间无跃迁; (?) 套内跃迁?两套线系: 仲氦(单一态), 正氦 (三重态) 4.1.3.理解能级图（3） 三重态中,无 (1s)2? 13S1 态 (?) 存在亚稳态 不能自发跃迁,较长寿命的态: (1s2s)?21S0 ,23S1 能量差与电离能 氦基态 11S0 与第一激发态 23S0 之间能量相差大,19.77eV; 电离能在所有元素中最大, 24.47eV 4.2. 两电子耦合 电子组态 L-S 耦合和 j-j 耦合 两个角动量耦合的一般法则 选择规则 由电子组态到原子态 4.2.1.电子组态(1) 电子组态:原子中各个电子所处的状态 电子状态用nl 两个量子数描述 例 氢原子基态的电子组态: 1s 氦原子基态的电子组态: 1s1s=(1s)2 一个电子组态可能组成许多个原子态 对应不同n和l可能的电子状态 4.2.1.电子组态(2) 4.2.2. L-S 耦合和 j-j 耦合(1) 两个电子的六种磁相互作用 4.2.2. L-S 耦合和 j-j 耦合(2) 两个电子的 L-S 耦合 G1, G2 G3, G4 两个电子的 j-j 耦合 G3, G4 G1, G2 任意电子的 L-S 耦合 任意电子的 j-j 耦合 4.2.3.两个角动量耦合的一般法则(1) 4.2.3.两个角动量耦合的一般法则(2) 理解两个角动量耦合的一般法则 4.2.4.选择规则(1) L-S 耦合选择规则 j-j 耦合选择规则 4.2.4.选择规则(2) 为什么单重态和三重态之间无跃迁？ L-S 耦合选择规则:?S = 0 单重态 S=0 三重态 S=1 ? 单重态和三重态之间无跃迁 4.2.5.由电子组态到原子态(1) 例一: L-S 耦合sp 组态 4.2.5.由电子组态到原子态(2) 例二: j-j耦合sp 组态 4.2.5.由电子组态到原子态(3) 例三: L-S 耦合pd 组态 4.2.5.由电子组态到原子态(4) 例四: L-S 耦合ss 组态 例五: L-S 耦合pp 组态 为什么电子组态一定,有两套能级? 两个电子,给定电子组态 ? 合成的原子态分为两类: 一类为三重态,自旋平行(S=1) 一类为单一态,自旋反平行(S=0) 4.2.5.由电子组态到原子态(5) L-S 偶合与 j-j 偶合 L-S偶合一般适用于较轻的原子和低激发态； j-j偶合一般适用于较重的原子和高激发态 4.3. 泡利不相容原理 泡利不相容原理的叙述 应用举例 同科电子合成的原子态 4.3.1.泡利不相容原理的叙述(1) 电子状态由 四个量子数 n、l、m 和 ms 描述 主量子数n：依原子中电子能量由低到高n取从 1开始的一系列正整数，即n = 1, 2, 3, …； 轨道量子数l：也称角量子数，在n值一定时，l 取n个可能值，即l = 0, 1, 2, …, n -1； 磁量子数m：在给定l 值时，m取2l+1个可能值， 即m = 0, ?1, ?2, …, ? l； 自旋磁量子数ms ：自旋角动量向上(沿 z 轴)，ms 取1/2，自旋角动量向下，ms 取-1/2。 4.3.1.泡利不相容原理的叙述(2) 泡利不相容原理 在原子中不可能有两个或两个以上的电子占据同一个状态，既不可能有两个或两个以上的电子具有相同的一组量子数(n, l, m, ms ) 4.3.2.应用举例(1) 为什么三重态中,无 (1s)2? 13S1 态? 4.3.2.应用举例(2) 同科电子: n和 l 二量子数相同的电子 为什么同科电子中,三重