5[1].3泡利原理5.4复杂原子光谱的一般规律

S = 0 1 D2 L = 2
S = 1 3 P2,1, 0 L = 1
MS = 0 ML = 0
S = 0 1 S0 L = 0
对于两个同科电子有一种简单的方法,从非同科电子 组态的诸原子态中挑选出L+S为偶数的态就是同科电 子组态对应的原子态.该方法又称偶数定则.
§5.4 多电子原子光谱的一般规律
(3)掌握洪特原则,朗德间隔定则和电偶极辐 射跃迁选择定则,并能正确画出能级图,解释 氦原子,镁原子等具有两个价电子原子的光谱 的形成. (4)了解复杂原子光谱一般规律. (5)掌握泡利不相容原理,正确构造出同科电 子原子态.
重点
L-S 耦合 多电子原子的光谱 能级图和原子态 泡利原理和同科电子原子态的确定 辐射跃迁的普用选择定则.
(1)宇称:原子中电子的空间分布状态,可分为偶性和奇性 两类.原子中各电子的l量子数相加为偶数,原子的状态是偶 性态,为奇数,原子的状态是奇性态 (2)宇称(或电子组态)跃迁选择定则:跃迁只能发生在不 同宇称状态之间,即从偶性宇称到奇性宇称或反之.
偶性态(
∑l=偶数)
i
奇性态(
∑l =奇数)
i
2. L-S耦合跃迁选择定则:
作业题
1,2,3,4,6
�
S=1 3S 1
1 n1 = n2 ; l1 = l2 = 0; ml1 = ml2 = 0, s1 = s2 = 2 1 1 所以ms1 ≠ ms2 , ms 只有两个值: 和 - 两个电子的 2 2 自旋反向,S = s1 s2 = 0, 原子态只形成1S 0而不形成3S1
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例2:电子组态 (npnp)形成的原子态:共12个 L=0 1 2 S=0 1S 0 1P 1 1D 2 S=1 3S 1 3P 2,1,0 3D 3,2,1
二,同科电子
1. n和l两量子数相同的电子称同科电子,例如:1s1s和
nPnP均是同科电子组态. 2. 同科电子(nPnP)形成的原子态少于非同科而有相同l 值的电子 (nP nP)形成的原子态. 例1: ns ns可形成的原子态: 1S0 和 而ns ns电子组态因:
3S 1
L=0
S=0 1S 0
1
S0 , 1P, 1D , 3S1, 3P , 3D 1 2 2,1,0 3,2,1
而同科电子npnp的原子态数有五个:1S0,1D2,3P2,1,0
两个p电子可能有的ml = ±1,0 1 ms = ± 2
ms1
1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2
(3)写出两个同科p电子形成的原子态,那 一个能级最低? (4)理论说明氦原子1s2p组态内 1P和 3P项 能量差的物理成因.
课堂测试
铍原子基态的电子组态是2S2S,若其中有一个电子 被激发到3P态,按L-S耦合可形成哪些原子态?写 出有关的原子态的符号,从这些原子态向低级跃迁 时,可以产生几条光谱线?画出相应的能级跃迁图 (三重态为正常次序)
ML
1 0 1 2 1 0 1 0 1 0 1 2 1
1 0
1 1
1 1
0 1
1/ 2
1/ 2
对15种可能的配合进行分类: MS = 0 , , , , 0 0 0 0 M L = 2 ,, ,1,2 1 0 - M S = 1 ,, ;0 , , - 1 , 1 , 1 1 1 0 0; M L = 1 , ,1 ;1 , ,1 ;1 , ,1 0 0 0 -
难点
L-S 耦合 多电子原子基态的确定和能级高低的判别 泡利原理和同科电子原子态的确定
思考题
(1)简要解释下列概念:泡利不相容原 理,洪特定则,朗德间隔定则. (2)L-S耦合的某原子的激发态电子组态 是2p3p,可能形成哪些原子态?若相应 的能级顺序符合一般规律,应如何排列? 并画出此原子由电子组态2p3p向2p3s可 能产生的跃迁.
S = 0 L = 0, ±1 J = 0, ±1
( L = 0在两个电子同时 受激发时才出现) (0 0除外)
2. j-j耦合跃迁选择定则:
J P = 0 j = 0, ±1 J = 0, ±1 (0
0除外) 除外) 除外
本章教学要求
(1)掌握氦原子,镁原子等具有两个 价电子原子的光谱和能级. (2)掌握原子的耦合矢量模型(L-S耦 合和j-j耦合)的步骤,适用范围,正 确地求出电子组态构成的原子态(光 谱项).
轨 取 量 数 , 自 取 量 数 m:( 道 向 子 ) ms:( 旋 向 子 ) l
由于s=1/2是不变的,所以标志电子态的量子数只有四个 是不变的, 由于 是不变的
泡利不相容原理是微观粒子运动的基本规律之一,这一 原理可以在经典物理找到相似的比喻:两个小球不能同 时占据同一个空间---牛顿的"物质的不可穿透性" 泡利不相容原理限制了L-S耦合,j-j耦合的形成的原子态.
单一 双重 双重 三重 四重
单一 双重 三重
单一 双重 三重 四重 四重
单一 双重 三重 四重 五重 六重 六重 七重 八重
单一 双重 三重 四重 五重
五重 六重
五重
七重
三,三个或三个以上价电子的原子态的推导
1.能级的多重数由S决定,每加一个电子时, 新的S=原有的S ± 1 ,所以原有每一类能级的
即: L-S耦合 :或离子原有原子的总轨道角动量 用LP表示(代替一个电子),与新加电子的 l 合 成总L; SP与新加电子的s 合成总S;L与S合成总 的J.
例 : 有 子 一 3 p, 加 个 如 原 原 有 个 现 一 d电 : P =1 子 L , 新 电 l = 2 L = LP + l, 加 子 , ...,LP l = 3,2,1 Sp =1 ; , 1 1 3 s = , = 和 . 子 有 2P 2D 2F, , , S 原 态 :, , 4P 4D 4F 2 2 2 同 : 理 Jj耦 发 在 个 以 价 子 系 合 生 三 及 上 电 体 , 同 用 电 体 的 则 样 二 子 系 法 .
ms2
1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2
ml1
1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1
ml2
0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0
Ms
1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
一,光谱和能级的位移律
实验观察到:具有原子序数Z的中性原子 的光谱和能级,同具有原子序数Z+1的原子 一次电离后的离子的光谱和能级结构相似. 例如:H同He+,
二,多重性的交替律
He同Li+
按周期表顺序的元素,交替的具有偶数或奇 数的多重态.
交替的多重态
19
K 20 Ca21Sc22Ti 23V 24 25M 26Fe27Co28Ni29Cu Cr n
2
多重结构就转变为两类,一类重数比原来的增 加1,另一类减1.(能级的重数=2S+1,当 S ± 1时,重数±1)
2
2.任何原子的状态,基态和激发态 ,可以看作 一次电离离子加上一个电子形成的,而一次电 离离子的状态又同周期表顺序前一个元素的状 态相似,所以由前一元素的状态可以推断后继 元素的状态,可以按照二电子体系推求状态的 法则进行.
§5.3 泡利原理和同科电子
一,泡利不相容原理
1925年,年仅25岁的泡利提出不相容原理:原子中每个 状态只能容纳一个电子,换言之原子中不可能有两个以上 的电子占据四个量子数(n,l,ml,ms)相同的态. 标志电子态的量子数有五个: n : (主 子 ) l ( 道 子 ) s( 旋 子 ) 量 数 , : 轨 量 数 , : 自 量 数
四,其他规律
1.洪特定则和朗德间隔定则对多电子原子也 适用. 2.能级次序:由一个次壳层满额半数以上的电 子(但还没满)构成的能级一般具有倒转次 序(J值大的能级低);小于满额半数的电子 构成的能级 一般具有正常次序(J值小的能级 低).
§5.5 辐射跃迁的普用选择定则
1. 宇称(或电子组态)跃迁选择定则: