结构化学课件：第一章量子力学基础和原子结构 第八节 原子整体的状态和原子光谱项.ppt

* * 本节内容重点： 1、原子的量子数和角动量的耦合 2、原子光谱项 3、原子光谱项和对应能级的关系: 多电子原子中单个电子的运动状态我们用n，l，m，ms四个量子数来表达；由于原子中各电子间存在着相当复杂的作用，所以原子状态又不是所有电子运动状态的简单加和。 闭壳层：电子已充满的壳层，1s2、2s2都为闭壳层。开壳层：电子未充满的壳层，1s1、2s1都为开壳层。 互补组态：是指电子组态(nl)x 和(nl)y，若 x+y=2(2l+1)满足上面条件的叫互补组态，如p2和p4、d2和d8 对于一个原子都具有确定的电子层结构，其核外电子的n，l都具有确定值的一种排布方式叫原子的一种组态。 一、原子的量子数和角动量的耦合 在没有外界的影响下，一个或若干微粒的总角动量 是保持不变的。 1、角动量守恒原理： 原子内只有一个电子时，虽可粗略地认为它的轨道角动量和自旋角动量彼此独立，又都保持不变。但严格说，这两个运动产生的磁距间会有磁的相互作用，不过它们的总角动量却始终保持恒定。 对于多电子原子体系，由于静电作用，各电子的轨道运动势必发生相互影响，因而个别电子角动量就不确定，但所有电子的轨道运动总角动量保持不变。同样个别电子的自旋角动量也不确定。但总有一个总的确定的自旋角动量。这两个运动的总角动量也会进一步发生组合，成为一个恒定的总角动量，且在某一方向上有恒定的分量。 角动量耦合 j—j 耦合 L—S耦合 J （讨论） 在没有外界的影响下，一个微观粒子，几个角动量相互作用得到一个总的确定的角动量的组合方式称为角动量的耦合。 2. 角动量耦合 一般只讨论L－S耦合的情况 原子轨道角动量L ， （L为原子的总轨道角动量量子数） ①原子的总轨道角动量及分量 每个电子的轨道角动量 原子的总轨道角动量 Σm 电子轨道角动量分量 总轨道角动量在z方向的分量 总轨道磁量子数 总 轨 道 磁量 子 数 原子的总轨道角动量分量 Σms 0,±1,±2 ……±S 原子的自旋角动量S， S为原子的总自旋角动量量子数 总 自 旋 磁量 子 数 电子的自旋角动量 原子的自旋角动量 总自旋角动量在z方向的分量 ②原子的总自旋角动量及分量 例如：1s2组态，按s轨道上电子的自旋量子数s1 = s2 = 1/2；所以，S = 1，0；当S取1时，mS可取 1，0，-1；但实际上S不可能为1；∵两个电子 在同一个1S轨道上，自旋必相反，即ms1 = 1/2 ，ms2 = -1/2；∴mS的取值只能为0，S只能取 0 。 （ L=1 l2 l1 600 l1 l2 L=0 将各电子的总轨道角动量和总自旋角动量然后再进一步组合起来得原子得总角动量J称为L－S耦合。 ③原子的总角动量及分量 这就是说总角动量在Z方向的分量共有（2J+1) 个数值。用它可以表示在外磁场作用下能级的分裂。 总角动量量子数J J总内量子数 总角动量在z方向上分量 例： l1=1，S1=1/2 l2=1，S2=1/2 闭壳层：s2，p6 1S2 l1=0 s1=1/2 l2=0 s2=1/2 L=0 S=0 二、原子光谱项 对应电子角量子数 l=0,1,2,3…我们用s,p,d,f…表示其状态；对应原子总轨道角量子数L=0,1,2,3… 用 S,P,D,F…来对应表示。 l/L 0 1 2 3 电子 s p d f 原子 S P D F 一个电子组态（如 sp2 组态）可以有不同的S , L , J 状态。把有一个 L 和一个 S 所构成的状态称为一个光谱项，它表示为： 考虑到轨道与自旋相互作用，即 L, S 相互作用，一个 光谱项中不同的 J ，也会有能级差别，因此一个光谱项实际上包括多个光谱支项，记为： 对于给定 J 的一个光谱支项在外磁场方向上有 (2J+1)个 分量，可用MJ表示。 如：组态 3p光谱项可分为多个光谱支项。 原子光谱支项 对于给定光谱项的数目或是微观状态的数目有 (2L+1) (2S+1)个。 举例：⑴. H原子基组态1S1，因为L=0，S=1/2，J=1/2；所以，光谱项为：2S，光谱支项为：2S1/2 ⑵. He原子基组态1S2，l1=l2=0，因为L=0，S=0，( S = 1省去，根据保里原理要求，ms1 = 1/2，ms2 = -1/2，则mS = ∑ms = 0 )，于是有: S=0，L=0，J=0；