杨福家-原子物理-第四版-第五章.pptVIP

第五章

多电子原子：泡利原理;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。

;这个价电子在原子中所处的状态,n,l,j,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。;“独角戏”怎么唱？;氢原子能级(单层能级);波尔模型：;波尔模型：;磁相互作用：;锂原子能级跃迁图;;电子自旋运动：;锂原子能级跃迁图;例题：写出氢原子n=2,n=3下，所有的原子态，并画出能级跃迁图。;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。;;氦的光谱和能级;氦的光谱和能级;电子的具体能态;氦原子的双电子激发态;1．单层能级之间跃迁产生一组谱线;2．三层能级之间的跃迁产生一组复杂结构的谱线;

4〕1s2s1S0和1s2s3S1是氦的两个亚稳态；〔不能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〕;的光谱都与氦有相同的线系结构。;原子实+两个价电子;两个电子的耦合;电子组态与能级的对应;对碱金属原子，如果不考虑自旋，那么电子态

和原子态是一一对应的，通常用nl表示电子态，也表示原子态;如果考虑自旋，那么由于电子的自旋轨道耦合，使得一种电子态nl可以对应于两种原子态n2Lj1,n2Lj2;;一种组态中的两个电子由于相互作用可以形成不同的原子态。两个电子各自有其轨道运动和自旋。这四种运动会相互起作用，每一种运动都产生磁场，因此对其他运动都会产生影响。这样它们之间就可以有六种相互作用。;剩下四种运动中，对于比较轻的元素的原子，比比强得多；对于比较重的元素的原子，比强得多。因而当电子组态形成原子态时，采用相互作用的方式简称LS耦合；采用相互作用的方式简称jj耦合。;;;例如，设两个电子的轨道角动量量子数分别为和，求总轨道角动量？;最后来看，轨道总角动量和自旋总角动量合成原子的总角动量的情况。;当S=0时，对每一个L，有;例1、求电子组态为的某二价原子形成的原子态。;总之，在LS耦合中，四种相互作用共同影响。如图所示。两个电子的自旋相互作用很强，相当于S=0和1的单一态和三重态没有考虑轨道相互作用时，能级上下分开很远；轨道运动的相互作用又使不同L值的能级，即P、D、F能级再分开；而弱相互作用和又使不同J值的能级又稍分开一些。;2、jj耦合;例2、已知某二价原子的两个价电子的角动量量子数分别为，，，，试根据jj耦合方式确定该原子的总角动量状态。;;;;实际上，对于原子很少发现纯粹的jj耦合形式，只是重原子的光谱结构比较接近于这种耦合。;现在举一个具体例子看一下LS耦合和jj耦合的比照情况。;C和Si的结构类似，按一、三分组，Sn和Pb的相似，按二、二分组。Ge很难说属于哪种情况，为过渡情形。;3、两个角动量耦合的一般法那么;4、选择定那么;判断原子在某一电子组态时的宇称：;L-S耦合;2s3p;并不总成立;He原子能级的形成;5、从电子组态到原子态;重点回忆;L-S耦合一般适合于质量较轻、处于低激发态的原子；jj耦合一般适合于质量较重、处于高激发态的原子。;多电子跃迁选择定那么:;电子组态：1s2p与1s3P之间能否发生能级跃迁？〔L-S耦合〕;氦原子能级;§26泡利不相容原理;获1945年诺贝尔

物理学奖;泡利在19岁〔1919年〕时就写了一篇关于广义相对论理论和实验结果的总结性论文。当时距爱因斯坦发表“广义相对论”〔1916年〕才3年，人们认为他这么年轻却有如此独到的见解，所以震惊了整个物理学界，从此他一举成名了。

关于泡利的故事很多，他以严谨、博学而著称，同时也以尖刻和爱挑刺而闻名。据说在一次国际会议上泡利见到了爱因斯坦，爱因斯坦演讲完后，泡利站起来说：“我觉得爱因斯坦不完全是愚蠢的”。

一次，在后来发现反质子的意大利物理学家塞格雷做完一个报告和泡利等离开会议室时，泡利对他说：“我从来没有听过象你这么糟糕的报告。”当时塞格雷一言未发。泡利想了一想，又回过头对与他们同行的瑞士物理化学家布瑞斯彻说：“如果是你做报告的话，情况会更加糟