[理学]原子物理学 褚圣麟 第五章.ppt

第五章：多电子原子 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 2p3d电子组态能级图 第三节：泡利原理与同科电子 第四节、复杂原子光谱的一般规律 一、光谱和能量的位移律 ——Z和(Z+1)+ 的原子的光谱和能级相似 原因: 1、相似： Z和(Z+1)+的原子的价电子相同，电子组态 相同，原子态相同，相似的光谱 2、差异: Z和(Z+1)+的原子的核电荷数不相同，M不相 同，能量高低间格不同 二、多重性的交替律 ——Z和Z+1的原子的原子态依次有奇偶的多重性变化 三、三个价电子的原子的状态 L-S耦合 J-J耦合 四、三个价电子耦合下的洪特定则和朗德 间格定则 五、精细结构能级高低顺序——洪特第二 定则 六、电子组态互补定则 例题 B（Z=4）处于基态后，1个价电子被激发到了3S态，用L-S耦合法， 求（1）有哪些原子态及跃迁， （2）画出能级及跃迁图。 中学阶段我们就知道，电子在原子核外是在不同轨道上按一定规律排布的，从而形成了元素周期表。某一轨道上能够容纳的 最多电子数为2 ，为什么这样呢？ 泡利原理 上一页 下一页 首页 He原子的基态电子组态是1s1s；在 耦合下，可能原子态是(1s1s)1S0和(1s1s)3S1; 但在能级图上，却找不到原子态 ，事 实上这个态是不存在的。 1925年，奥地利物理学家Pauli 提出了不相 容原理，回答了上述问题。 揭示了微观粒子遵从的一个重要规律。 ？ 上一页 下一页 首页 泡利不相容原理的叙述及其应用 1．描述电子运动状态的量子数 主量子数n：n=1,2,3…… 角量子数l ： l=0,1,2…(n-1) 轨道磁量子数ml：ml=0,±1…±l 自旋量子数s：s= 自旋磁量子数ms：ms=± 上一页 下一页 首页 因为 对所有电子都是相同的，不能作为区分状态的量子数，因此描述电子运动状态的是四个量子数 ；如同经典力学中质点的空间坐标, 完全确定质点的空间位置一样，一组量子数 可以完全确定电子的状态。 比如总能量，角动量，轨道的空间取向，自旋的空间取向等物理量都可以由这组量子数确定。 上一页 下一页 首页 2．Pauli 原理的描述 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四个量数 Pauli原理更一般的描述是 在费米子（自旋为半整数的粒子）组成的系 统中不能有两个或多个粒子处于完全相同的状态。 或者说，原子中的每一个状态只能容纳一 个电子。 ， 上一页 下一页 首页 3．Pauli 原理的应用 He原子基态的电子组态是1s1s，按 耦合，可能的原子态是 一般来说， 同一电子组态形成的原子态 中，三重态能级低于单态能级，因为三重态 S=1，两个电子的自旋是同向的 . (1s1s)1S0 和 1）He原子的基态 上一页 下一页 首页 而在 的情况下，泡利原 理要求 ,即两个电子轨道的空间 取向不同。 我们知道： 电子是相互排斥的，空间距离越大，势 能越低，体系越稳定。 上一页 下一页 首页 所以同一组态的原子态中，三重态能级 总低于单态.而对于 态 即是S1 和S2 同向的，否则不能得到S=1，可 是它已经违反了Pauli不相容原理。所以这 个状态是不存在的。 上一页 下一页 首页 按照玻尔的观点，原子的大小应随着原子 序数Z的增大而变的越来越小。 实际上由于Pauli原理的存在，限制了同一 轨道上的电子数目，原子内也不会存在状态相 同的两个电子，随着原子序数的增大，核对外 层电子的吸引力增大。 2）原子的大小 上一页 下一页 首页 这虽然使某些轨道半径 变小了，但同时轨道层次增 加，以致原子的大小随Z的 变化并不明显。正是Pauli 原理限制了一个轨道上的电 子的数目，否则，Z 大的原 子反而变小。 上一页 下一页 首页 以上各点都可以用Paul