原子物理学第5章

G1G2 G3G4 强弱 弱强
三、角动量合成的一般规律
任意角动量 p1, p2 相应的量子数 j1，j2 ，则：
p1 j1( j1 1)，p2 j2( j2 1)
p1,
p2的合成角动量pj

p1

p2
p j j( j 1) 可以证明：j j1 j2 , j1 j2 1,......, j1 j2
3.亚稳态：如23S1，21S0都是亚稳态，跃迁选择定则限 制了这些态自发辐射衰变到更低的能态即基态11S0。
4.主线系：He的单线主线系是诸1P1态到11S0的跃迁，在远 紫外；三线主线系是诸3P2,1,0→23S1的跃迁，红外→紫外
黄色D3线：33D1,2,3→23P0,1,2 ，33D1,2,3能级间隔很小， D3 线只反映了23P0,1,2 能级的间隔，而且3P0> 3P1> 3P2 。
1.具有原子光谱的一般规律，形成一系列谱线系； 2.谱线也分为主线系、二辅系、一辅系和柏格曼系； 3.特殊性: 两套光谱
一套为单线系(紫外区和远紫外区) 另一套具有复杂结构(红外区)。
二、He的能级
推论: 有两套能级 一套是单层能级 另一套是三层能级 (两套之间无跃迁)*
注意: 任何具有两个价电子的原子或离子都 与氦原子的光谱和能级结构相类似。
两个电子都激发的情况：
两个电子都处于激 发态也是可能的， 只是因为需要更高 的能量，很难观察 到。所以氦的能谱 实际上还远不止上 述这些。
79.0eV
He++
He的双 电子激发
57.9eV
65.4eV
2s2, 1S0
He+ 的 激 发
24.6eV
He的单 19.8eV
电子激
发
0eV
He+
1s2s, 3S1
p1,
p2
,
p
的
j
空
间
取
向
都
是
量
子
化的
：
piz mi，mi ji , ji 1,..., ji , (i 1,2)
p jz m，m j, j 1,..., j或m m1 m2
四、L-S耦合
适用条件:
两个电子自旋之间的相互作用和两个 电子的轨道之间的相互作用，比每个电 子自身的旋--轨相互作用强。即： G1(s1 s2), G2( 1 2) >> G3(s1 1), G4(s2
氦的基态由两个电子都处于 1s 态产生，其它能级是一个 电子 1s 态，另一个被激发到 2s,2p,3s,3p,3d 等态形成。
相同的电子组态可以形成单重和三重能级，但三层能级 中没有主量子数为n=1的状态，即1s1s只形成单重态；
同一电子组态形成的能级，三重低于相应的单重能级。
2.氦的基态 11S0与第一激发态 23S1 能量差别很大（相对 氢)，有19.77eV；电离能（电离1个电子）达24.58eV。
电子组态: 处于一定状态的若干价电子的组合。
氦原子基态: 1s1s 第一激发态: 1s2s
镁原子基态: 3s3s 第一激发态: 3s3p
同一种原子的不同电子组态，具有不同的能 量，有时能量差别还很大：
1). 主量子数n决定能量的主要部分：n有变化，能量的
差异会很显著，如He原子第一激发态1s2s与基态1s1s 能量相差达19.77eV，这是由于一个电子的主量子数n 增加。
四种运动(s1, l1, s2, l2)
六种作用
G1(s1, s2 )、G2 (l1,l2 )、G3(s1,l1) G4 (s2,l2 )、G5 (s1,l2 )、G6 (l1, s2 )
两种极端(LS, j j耦合)
LS耦合 j j耦合
s s ( 1 2) ( l1l2 )＝(S,L)=J
(s1l1)(s2l2 )=(J1,J2)=J
He基态, 1s2, 1S0
三、Mg的能级
1、Mg的光谱与能级与He相似：是由两个价电子产生 的，其余10个电子组成原子实，与Na的原子实相 似，其它2族元素也与Mg相似，两个价电子决定 其光谱、能级及化学性质;
2、Mg的基态：31S0，电离能7.62eV（31S0→∞)； 第1激发态：3 3P0,1,2 ， 第1激发电势2.7eV；
历史上曾分别把它们叫做正氦(s=0)和仲氦(s=1)， 后来得知这是同一种氦原子的两种不同自旋状态。
1S0
1P1
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1D 2
1F3
3S1
P3 2,1,0
F D3
3
3,2,1
4,3,2
1s2s
1s2p
氦能级的特点：
1、能级结构
两套能级：一套是单层(仲氦)，另一套是三层(正氦)，它 们各自内部跃迁产生两套光谱，两套之间没有跃迁。
3、能级间隔：Mg的三重态的锐、漫、主线系都显出 三线结构，这是3 3P0,1,2 三个能级的反映，而3D1,2,3、 3F2,3,4的能级间隔太小，反映不出来。
§25 两个电子的耦合
一、电子组态
原子中的原子实是一个完整的结构，其总角动量和 总即磁决用近就矩 定单 似 用为 原电 ： 每0子每子 个，态电个状因子电态的此的子的形只n的组成,有能合l。共价量表同由示电决n原子,定子l才决态决定的定, 方原原法子子即的的单能电状量子也态，
2). n相同而 l 不同，能量也会不同：这是由于原子实的 极化、轨道贯穿、相对论效应的区别引起的。如Mg 的第一激发态3s3p与基态3s3s能量相差2.7eV。
总之，较大的能级差别是由于电子组态的不同。
二、一种电子组态构成原子态
同种电子组态，由于电子间的相互作用的不同， 可以形成不同的原子态。
两个电子(n1l1, n2l2)
第五章 多电子原子
§24氦及二族元素的光谱和能级 §25 两个电子的耦合 §26 Pauli原理与同科电子 §27复杂原子的光谱和能级 §28 辐射跃迁的普适选择定则
§24氦及二族元素的光谱和能级
一、光谱实验规律
He及二族元素Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra,Zn,Cd,Hg等具 有相似的光谱结构：
2)
L-S 耦合
自旋运动合成一个总的自旋运动， ps1, ps2 绕着总的
自旋角动量 pJ 旋进；

两个轨道角动量合成一个总轨道角动量， 着总的轨道角动量 pL 旋进；
pl 1
,
pl 2绕
最后， pL与pS 合成总角动量 pJ ， pL与pS 绕 pJ