原子的量子能级和能级图

J：内量子数。其值为各个价电子组合得 内量子数。其值为各个价电子组合得 内量子数 到的总角量子数 与总自旋 的矢量和。 到的总角量子数 L与总自旋 S的矢量和。 J 的取值范围： 的取值范围： L + S, (L + S – 1), (L + S – 2), …, L - S J 的取值个数： 的取值个数：
主量子数n 主量子数
决定电子的能量和电子离核的远近。 决定电子的能量和电子离核的远近。 其数值为外层价电子角量子数l的 其数值为外层价电子角量子数 的矢
总轨道角量子数L 总轨道角量子数
量和， 量和，即 L = ∑ li
总自旋量子数S 自旋与自旋之间的作用也较强的， 总自旋量子数 ：自旋与自旋之间的作用也较强的，
（1）核外电子的运动状态 ） 原子外层有一个电子时： 原子核外电子的运动状态可 原子外层有一个电子时： 原子核外电子的运动状态可 由四个量子数来描述 来描述： 由四个量子数来描述： 主量子数 n；角量子数 l；磁量子数 m；自旋量子数 s； ； ； ； ； 原子外层有多个电子时： 原子外层有多个电子时：由于核外电子之间存在着相互 总轨道角量子数L； 作用， 运动状态用主量子数 作用，其运动状态用主量子数 n；总轨道角量子数 ；总 自旋量子数S；内量子数J 描述； 自旋量子数 ；内量子数 描述； 发生跃迁的电子一般为价电子。 发生跃迁的电子一般为价电子。 （2）光谱项 ） 原子的能量状态要用以主量子数n 、总轨道角量子数 L、总自旋量子数S、内量子数J 为参数的光谱项或光谱支 项来表征。 项来表征。
原子吸收光谱法
Atomic Absorption Spectrometry (AAS)
AlanWalsh
(1916-
1998) 1955 年 发 表 “ Application of atomic absorption spectrometry to analytical chemistry”, 解决了原子吸收光谱的 光源问题
L = Σli
如两个价电子耦合， 的取值 的取值为 如两个价电子耦合，L的取值为: L = l1+l2,(l1+l2-1)，(l1+l2-2)，…，︱l1-l2︱ ， ， ， L的取值范围： 0, 1, 2, 3, … 的取值范围： 的取值范围 相应的符号为： 相应的符号为：S, P, D, F，…
(2) 钠原子的第一激发态 ：(3p)1 ) n=3 L=l=1 S = 1/2 (2S+1) = 2 J = 3/2，1/2 ， 光谱项： 光谱项：32P 光谱支项 ： 32P1/2 和 32P3/2
由于轨道运动和自旋运动的相互作用, 由于轨道运动和自旋运动的相互作用 这两个光 谱支项代表两个能量有微小差异的能级状态。 谱支项代表两个能量有微小差异的能级状态。
原子的量子能级和能级图
太阳光
暗 线
（一）基本原理
原子吸收光谱的产生 当有辐射通过自由原子蒸气，且入射辐射的频 率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般 情况下都是第一激发态）所需要的能量频率时，原 子就要从辐射场中吸收能量，产生共振吸收，电子 由基态跃迁到激发态，同时伴随着原子吸收光谱的 产生。
S：总自旋。其值为个别价电子自旋 ：总自旋。其值为个别价电子自旋
1 s(其值为 2)的矢量和。 的矢量和。 其值为 的矢量和
当电子数为偶数时， 当电子数为偶数时， S 取零或正整数 0，1，… ， ， 当电子数为奇数时 当电子数为奇数时， 为奇数 S 取正的半整数 ，3/2, … 取正的半整数1/2，
多个价电子总自旋量子数是单个价电子自旋量子数ms的矢量 多个价电子总自旋量子数是单个价电子自旋量子数 和。 S = ∑ms,I ms=±1/2 ±
内量子数 J： ：
内量子数J取决于总角量子数 和总自旋量子数S相耦合得 内量子数 取决于总角量子数L和总自旋量子数 相耦合得 取决于总角量子数 和总自旋量子数 可取以下数值： 到的原子总角动量的量子数，可取以下数值： J = (L + S)， (L + S － 1)，······， (L － S) ， ， ，
个值； 若L≥S，则J有(2S+1)个值； ， 有 个值 个值。 若L＜S，则J有(2L+1)个值。 ＜ ， 有 个值
根据原子的电子构型求光谱项。 例：根据原子的电子构型求光谱项。 1. 钠原子基态和第一激发态。 钠原子基态和第一激发态。 解：(1)钠原子基态 (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
谱线多重性符号： 谱线多重性符号：2S+1
钠原子由第一激发态向基态跃迁发射两条谱线 第一激发态光谱支项 ： 32P1/2 和 32P3/2
基态光谱项： 基态光谱项：32S1/2
589.593nm ，588.996 nm
（三）能级图 把原子中所有可能存在状态 的光谱项—能级及能级跃迁用图解 的光谱项 能级及能级跃迁用图解 的形式表示出来，称为能级图。 的形式表示出来，称为能级图。 通常用纵坐标表示能量E，基态原 =0， 子的能量E=0，以横坐标表示实际 存在的光谱项。 存在的光谱项。 可以产生的跃迁用线连接； 可以产生的跃迁用线连接； 线系： 线系：由各种高能级跃迁到同 一低能级时发射的一系列光谱线； 一低能级时发射的一系列光谱线； 钠D双线： 双线： 5889.96 Å 5895.93 Å --3 32S1/2--32P3/2 ---3 32S1/2---32P1/2
钠原子的能级图
用原子光谱项符号写出Mg 2852 Å (共振 例： 用原子光谱项符号写出 共振 的跃迁。 线)的跃迁。 的跃迁
Mg基态电子组态 基态电子组态
[ Ne ]3 s 2
l1 = l 2 = 0
1 s1 = s 2 = 2
L=0
S=0
J =0
S为何不等于 ？ 为何不等于1？ 为何不等于
两个3s电子处于同一轨道， 两个 电子处于同一轨道，根据保里不相容原 电子处于同一轨道 理，这两个电子的自旋必须反平行 基态镁原子的光谱项符号： 基态镁原子的光谱项符号：
3 S0
1
Mg第一激发态电子组态 [ Ne]3s 3 p
1
1
l1 = 0 , l 2 = 1
1 s1 = s 2 = 2
L=1
S = 0, 1
31 P : 31 P1
3 P : 3 P2 , 3 P1 , 3 P0
Mg 2852 Å ：
3 3 3 3
3 S0 − 3 P 1
1 1
李鹏飞 90907303 马元 90907306 董超 90907301 朱明涛90907230
（二）原子能级和能级图
原子能级用光谱项来表征 原子能级用光谱项来表征 光谱项
例： 钠原子基态 32S1/2
光谱项符号： 光谱项符号： n2S+1L J
n：主量子数
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L：总角量子数，表示外层价电子的轨道形 总角量子数，
其数值为外层价电子角量子数 价电子角量子数l 状， 其数值为外层价电子角量子数 的 矢量和 矢量和，即
原子实：包括原子核和其它 原子实： 全充满支壳层（闭合壳层） 全充满支壳层（闭合壳层） 中的电子。 中的电子。
光学电子：填充在未充满支壳层中的电子 光学电子：填充在未充满支壳层中的电子。
钠原子基态： 钠原子基态：(3s)1 n=3 L=l=0 S = 1/2 J = 1/2 光谱项符号： 光谱项符号：32S1/2 (2S+1) = 2