5[1].3泡利原理5.4复杂原子光谱的一般规律
原子物理
E2 L
E2
6、对氦和镁能级结构的说明 （1）氦和镁的能级图都是LS耦合由能级图可看出
L相同，S大的能级低于S小的。3S 低于 1S
3P 低于 1P
对照能级图
（2）3S 实际上是单层的。
J L 1 三重态 S 1 J L J S 1
L 0 J L 1
S只有一个值。
原子处于两个什么状态
多（价）电子原子 电子组态确定后，不过是每个价电子的轨道大小 和形状确定了，但价电子间还有相互作用，所以并 不能确定它的原子态。
六种相互作用
G1(s1s2 ) G2 (l1l2 )
G3 (l1s1) G4 (l2s2 )
静电相互作用
第一电子l1 G3 s1
G2 G5 G6 G1
4、洪特定则（LS耦合）
在同一电子组态形成的能级中
（1）L相同时，S大的能级低。（如
P 3 0,1, 2
比
1P1
能级低）
（2）S相同时，L大的能级低。（如 3D 比 3P 能级低）
（3）LS相同时，J不同时：正常次序J小的能级低。
反常次序J小的能级高。
19.77
电离电势 和氢原子比较
反常次序
亚稳态 基态
（3）镁的 3P 三能级的次序是正常的，间隔符合朗德定则。 而氦的 3P 能级间隔是反常的，间隔也不符合朗德定则。
（4）洪特定则和朗德间隔定则都是对LS耦合而言的，它们只 是一些近似规律。事实上许多原子的能级次序并不一定符合
这些规律，各能级分裂后间隔大小也因原子中电子间隔的各
轨道总角动量的大小 pL L(L 1)
30, 20, 12, 6, 2
原子的总角动量
pJ
张东海原子物理学考点总结
原子物理学考点总结第一章 原子的基本状况（总结）一、 原子的大小和质量1、 原子的大小各种原子有不同的半径，其数量级均为10-10m.2、 原子的质量在化学和物理学上原子的质量通常用它们的相对质量来表示，质量单位为12C 的质量的1/12。
二、 原子的组成1、E. Rutherford 原子核式结构模型原子是由原子核和核外电子组成：原子核处于原子的中心位置，其半径在10-15m 到10-14m 之间，原子核带正电荷，其数值为原子序数乘单位电荷数值；电子分布在原子核外，分布半径为10-10m 。
2、E. Rutherford 原子核式结构模型的验证1）、库仑散射公式（1）式中：M 为α粒子的质量，v 为α粒子的速度，Z 为原子核的电荷数，θ为散射角，b 为碰撞参数。
公式（1）无法直接和实验进行比较。
2）、E. Rutherford 散射公式2sin )()41(422220θπεσΩ=d Mv Ze d （2）式中：d σ称为微分散射截面，其物理意义是α粒子散射到θ-θ+d θ之间立体角为d Ω内每个原子的有效散射截面。
公式的实用范围θ=450-1500.3、 原子核的大小估计利用E. Rutherrford 散射理论可以估计出原子核的大小，即α粒子距原子核的最近距离：))2s i n (11(241220θπε+=Mv Ze r m 由于E. Rutherford 散射公式在θ=1500时仍有效，所以取θ=1500。
第二章、原子的能级和辐射（玻尔氢原子理论）一、 玻尔理论1、玻尔理论的基础1）、氢原子光谱的经验规律氢原子光谱的波数的一般规律：)11(~22nm R v H -= （1） 式中:m=1,2,3,…;对每一个m,n=m+1,m+2,m+3,….4354） 、原子的核式结构模型2、玻尔理论电子绕原子核运动体系的总能量：r Ze E 24120πε-= （2） 考虑到光谱的一般规律，（1）式两边同乘hc 则有：)()11(~2222m hcR n hcR n m hcR h v hc H H H ---=-==ν (3) 如果原子辐射前的能量E 2,辐射后的能量为E 1(E 1<E 2)，辐射放出的能量为：12E E h -=ν (4)比较(3),(4)式，原子的能量取负数，则有：2nhcR E H -= (5) 考虑到原子的结构，玻尔提出下列假定：假定1：原子中能够实现的电子轨道必须符合下列条件6.131-=E eV由氢原子波数公式，可以得出氢原子的里德伯常数：ch me R H 32042)4(2πεπ= 考虑到原子核的质量不是无限大的，原子核也是运动的，则里德伯常数变为：M m R Mm c h me R A +=+=∞1111)4(232042πεπ 10973731=∞R m -13、玻尔理论的验证1）氢原子的第一玻尔半径的理论值为a 1=0.529×10-10m ，这与原子的大小的数量级是一致的。
泡利原理_精品文档
泡利原理1. 简介泡利原理（Pauli exclusion principle），也被称为泡利不相容原理，是量子力学中的一个基本原理，由奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利在1925年提出。
泡利原理指出，相同种类的两个费米子（即自旋为半整数的粒子）不能处于同一个量子状态，也就是说，它们的自旋态必须不同。
这一原理被广泛应用于原子物理、核物理和凝聚态物理等研究领域。
2. 泡利原理的表述泡利原理可以用以下方式来表述：对于具有自旋的费米子，如电子、中子等，它们在任意时刻不能占据同一个量子态。
换句话说，同一个系统中的两个费米子必须有不同的自旋态。
这一原理的提出是为了解决原子中电子能量分布和电子轨道分布的规律。
3. 泡利排斥对电子结构的影响泡利原理对电子结构的影响可以从以下几个方面来解释：3.1 电子能级填充根据泡利原理，相同能量的电子在填充能级时，会选择不同的自旋态。
这意味着电子在不同的轨道中会有不同的自旋方向。
这一特性使得电子能级具有自旋简并度，即能级上的电子在自旋方向上有两种不同的选择。
这对于原子和分子的化学性质以及物质的导电性等方面起到了重要作用。
3.2 泡利排斥能由于泡利原理的存在，两个电子不能处于相同的量子态，从而产生了泡利排斥能。
这种排斥能对于确定原子和分子的结构非常重要。
通过泡利排斥能，不同的电子能够占据不同的轨道，从而形成了复杂的电子云相互作用，决定了物质的性质。
3.3 斯特恩-盖拉赫实验斯特恩-盖拉赫实验（Stern-Gerlach experiment）是用来验证泡利原理的经典实验。
实验使用了一个磁场对银原子进行了偏转。
实验结果显示，银原子束分裂成两个束，表明银原子的自旋只能朝上或朝下，并且不能处于同一量子态。
这一结果验证了泡利原理的正确性。
4. 应用泡利原理在原子物理、核物理和凝聚态物理等领域有广泛的应用，下面列举了一些应用案例：4.1 周期表泡利原理对于解释和预测元素周期表的结构和性质有重要作用。
原子物理学_第11讲
二、 He-Ne原子的能级 1、能级的基本特点
He、Ne原子的能级图
注意： He 1s2s的 2 能 级 1S0 、3S1与 Ne 2p55s 2p54s 的 2 能级的高 度非常接 近。
1s2s 1S0 1s2s 3S1
1s2 1S0
He
2p55 s
P1
3
P1
0,1,2
2p54 s
P1
3
P1
0,1,2
本节，我们研究多价电子原子的光谱和能级特点，并 对其原子态进行分析，找到描述复杂原子运动状态的 一般方法。
一、光谱和能级的一般规律
1、光谱和能级的位移律
实验发现，具有原子序数Z的中性原子，同具有原子序数 Z+1的原子一次电离的离子，具有类似的光谱和能级结构 这称为光谱和能级的位移律。
例如，H和He+的光谱和能级结构相似；Be和B+、C++的光谱 和能级也类似。对更多价电子的原子，也有类似的特点。
子数一半时，J 值最大的能级位置最低，为倒转次序。
§5.5 辐射跃迁的普适选择定则
一、基本要求
前一章中我们发现，发射和吸收辐射的跃迁，要满足 一定的条件。也就是说，不是所有能态之间都可以发 生跃迁，只有满足一定条件的状态之间才能发生跃迁 这样，就提出了选择定则，符合选择定则的跃迁才能 发生。选择定则最初是由光谱的分析总结出来的，而 由量子力学可从理论上解释。
1, s
1 2
;
S
1 2
,
3 2
形成的原子态为
P , D , F ; P , D , F 2
2
1 2
,
3 2
2
4
4
多电子原子泡利原理(3)
ps
(
1 2
，1 2
)1
(
1 2
，1 2
)0
现在举例说明哪些是LS耦合，哪些是jj耦合 碳C、硅Si、锗Ge、锡Sn、铅Pb 基态时的价电子的组态如下 C 2p2p, Si 3p3p, Ge 4p4p, Sn 5p5p, Pb 6p6p
基态的一个p电子激发到高一级的s态，就得到如下的组态
C 2p3s, Si 3p4s, Ge 4p5s, Sn 5p6s, Pb 6p7s
。这种作用方式称为LS耦合。
下面具体讨论PL、 PS 和 PJ
下面具体讨论PL、 PS 和 PJ
Pl1
l（1 l1
1）h
2
Pl2
l（2 l2
1）h
2
PL
L（L 1）h
2
L l1 l2 ，l1 l2 1 ，
Ps1
s（1 s1
1）h
2
3h
2 2
Ps2
s（2 s2
1）h
2
3h
2 2
PS
3、氦的单线的主线系是电子从诸 1P 态跃迁到基态 1S 的结果； 而三重态的主线系是从诸 3P到第一激发态 3S 的跃迁的结果
4、三重态裂距，在n较小时 P 态明显，在n较大时 P 态也不明
显，D、F 态一直也不明显。
5、三重态与单一态之间没有跃迁。图 5.1 中有一条 591.6 埃的谱线，开始有人认为是三重态与单一态之间的跃迁，后来 有人认为是氖发出的。
第一激发态是3P，激发电势是 2.7 伏特，而氦的第一激发态是3S ，
激发电势是 19.77 伏特。足见氦的基态是一个很稳固的结构。
2、在镁的光谱中，单一态和三重态之间一般没有跃迁，但
泡利不相容原理、洪特规则、构造原理
一、基态与激发态原子光谱1.基态与激发态处于最低能量的原子叫做基态原子(ground state atom)，基态是原子最基本的状态，是稳定的状态；当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子(excited atom)；激发态原子不稳定，电子又会跃迁到能量较低的能级，并释放能量；其转化关系如下：光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一，在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、激光、焰火……都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关；2.原子光谱atomic spectrum①原子光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱；②发射光谱(emission spectrum)是暗色背景的明亮谱线，吸收光谱(absorption spectrum)则是明亮背景的暗色谱线，两者谱线一一对应(因为两个能级之间电子跃迁，吸收的能量和释放的能量相同)；※铯cesium，1860年发现，其光谱图中有特征的蓝光，在拉丁语里，铯的含意是天蓝色；※铷rubidium，1861年发现，其光谱图中有特征的红光，在拉丁语里，铷的含意是深红色；※氦helium，1868年分析太阳光谱发现的，来源于希腊文，原意是“太阳”；③原子光谱的应用不同元素产生不同的原子光谱，在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析(spectrum analysis)，历史上，利用光谱分析也曾发现了许多新元素；二、构造原理与电子排布式1.多电子原子核外电子的排布顺序在多电子原子中，电子在能级上的排布顺序是：电子最先排布在能量低的能级上，然后依次排布在能量较高的能级上；2.构造原理aufbau principle随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素原子的核外电子是按照如图所示的能级顺序填充的，填满一个能量低的能级后，再填一个能量高的新能级，这种规律称为构造原理；3.能级交错现象energy level overlap phenomenon由构造原理可知，从第三能层开始各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象；【产生原因：钻穿效应、屏蔽效应】【H原子由于核外只有一个电子，没有屏蔽效应，不存在能级交错，所以能级的能量高低只取决于主量子数；对于3d、4s、4p，显然3d小于4s等于4p】4.电子排布electronic configuration①根据构造原理可表示出一些元素原子的电子排布式，先按能量由低到高的顺序依次写出能级符号，再用数字在能级符号右上角表明各能级上排布的电子数，这就是原子的电子排布式；【在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，不能按填充顺序写，例如钪Sc的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d14s2，而不能按照填充顺序先写4s2后写3d1】②电子排布式的简化写法为了避免电子排布式过于繁琐，可以把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应的稀有气体元素符号外加方括号表示，例如：K的电子排布式可表示为：[Ar]4s1，其中[Ar]叫1三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理1.电子自旋与泡利原理spin of the electron & Pauli exclusion principle①电子自旋spin of the electron量子力学告诉我们，电子除了空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋；电子自旋可比喻成地球的自转；电子的自旋有顺时针和逆时针两种相反的状态，常用上下箭头“↑”“↓”表示；【电子自旋(spin of the electron)是电子的基本性质之一，属于量子物理学科，电子自旋先由实验上发现，然后才由狄拉克(Dirac)方程从理论上导出的】【自旋量子数(spin quantum number)是描述电子自旋运动的量子数，自旋磁量子数用m s表示，即↑代表正方向自旋电子，↓代表逆方向自旋电子】②泡利原理Pauli exclusion principle1925年，泡利正式提出，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子(通常称为电子对)，而且它们的自旋状态相反，称为泡利原理(也称泡利不相容原理)；Pauli，1900--1958 Dirac，1902--1984 Hund，1896--19972.电子排布图原子核外电子排布可利用电子排布图来表示，这是用方框(或圆圈)和箭头表明核外电子排布的另一种方法，也叫轨道表示式；每一个方框表示一个轨道，能量相同的轨道连在一起，与电子排布式相比，它具有轨道上自旋方向和成键时电子变化明晰的特点，但是稍微麻烦些，书写时先写元素符号，再根据能量最低原理、泡利原理、洪特规则等书写，例如：3.洪特规则Hund rule基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，称为洪特规则；洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子；【洪特规则特例】在等价轨道(同一能级)上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，具有较低的能量和较大的稳定性，可以理解为洪特规则特例；例如：铬(24Cr)：[Ar]3d54s1正确，[Ar]3d44s2错误；铜(29Cu)：[Ar]3d104s1正确，[Ar]3d94s2错误；4.能量最低原理lowest energy principle①基态是能量最低的状态，基态原子的电子排布式能量最低的原子轨道组合；②在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理lowest energy principle；③多电子原子的核外电子要先占据能量低的能层，在能量低的能层中又优先占据能量低的能级，然后再依次进入能量较高的能层，这样使整个原子处于最低的能量状态，原子轨道能量的高低依据构造原理来判断；5.补充：26Fe：1s2 2s2sp6 3s23p63d6 4s2①电子的运动状态=电子数；(26)②电子的空间运动状态=电子所占的轨道数；(15)③电子的运动范围=能层数；(4)④电子的能量=能级数；(7)。
第五章 多电子原子：泡利原理
二、多重性的交替律:
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 20Ca 21Sc 22Ti 23V 24 Cr 25Mn 26Fe27Co 28Ni 29Cu
单一
单一
单一
单一
单一
双重
双重
三重 三重
双重
三重
双重
三重
双重
三重
双重
四重
五重
四重
五重
四重
五重
四重
五重
四重
六重
七重
j1 ( j1 1),
j
1
1 l 1 s1 l 1 2
(2)
Pj 2 Ps 2 Pl 2
1 s2 2 l 2 0,1,2 (n 2 1) 1 j 2 l 2 s2 l 2 2
P s 2 s 2 (s 2 1), P l 2 l 2 (l 2 1), P j 2 j 2 (j 2 1),
泡利生平简介
4.同科电子
在一原子中,主量子数 n 和角量子数 相同的 电子，称为同科电子。
5.同科电子形成的原子态
对非同科电子2p3p可形成哪些原子态？
多电子原子光谱的一般规律
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+, He同Li+
3P 0,1,2 3S 1
3P 0,1,2
1s2s1S0
3S 1
1s1s1S0
3S 1
氦原子能级图
1s3d1D2
1s3p1P1 1s3s1S0 1s2p1P1
第五章 多电子原子
,| l1 l2 |
,| s1 s2 | ,| l s |
例题：两各价电子一个处于 p 态，一个处于
d 态，求 L-S 耦合后的量子数 l、s 和 j。
解：由题目知道 l1=1，l2=2， 可得：l=3、2、1 又因为 s1=1/2、s2=1/2 所以有 s=0、1 当 s=1，l=1 时，j=2、1、0
示了微观粒子遵从的一个重要规律。
一、确定电子状态的量子数
主量子数n：决定了原子能量的主要部分。
n=1、2、3、 4、 5、 6…
K、L、M、N、O、 P… 轨道角量子数l：决定了轨道的角动量，并由于 轨道形状的不同而影响能级，同一n分成不同l 的 能级。
l =0、1、2、3、4、5、6……
s、p、d、f、g、h……
一般来说， 同一电子组态形成的原子态
中，三重态能级低于单态能级，因为三重态
s=1，两个电子的自旋是同向的
1、氦原子光谱：两套（单线、多线）
氦原子光谱的线系可分成两组，其中一组 的几个系都是单线；
一组中的几个线系都是复杂结构，其中主 线系和第二辅线系的每一条谱线都分裂成靠 得很近的三条谱线，第一辅线系的每一条谱 线都分裂成靠得很近的六条谱线。
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 。
2、氦原子能级：单重、三重
经光谱分析可得氦原子的能级有两 套，一套是单能级，另一套是三重能 级。两套能级之间没有跃迁，在两套 能级中各自内部的跃迁，就产生了两 组相互独立的谱线。
5.2 角动量耦合和对氦光谱的解释
《原子物理学》教学大纲(修订)2016
《原子物理学》教学大纲一、教学目的与任务课程性质：《原子物理学》是物理教育专业的专业必修课程。
本课程着重从物理实验规律出发，引进近代物理关于微观世界的重要概念和原理，探讨原子、原子核及基本粒子的结构和运动规律，解释它们的宏观性质，以及在现代科学技术上的重大应用。
本课程强调物理实验的分析、微观物理概念、物理图像和物理模型的建立和理解。
教学目的：物理学对物质微观结构的研究已经从原子层次深入到了原子核及基本粒子等层次，原子物理学又作为进一步学习原子层次以下其它物质微观结构层次的起点，通过原子物理学课程的学习，使学生掌握原子结构及核结构图象，原子的能级与辐射，外磁场对原子的作用、原子光谱规律及其产生机制等知识，使学生逐步掌握原子物理学中的实验事实和基本规律、基本原理及研究有关问题的思路和方法，培养学生发现和提出问题、建立物理模型、定性分析与定量计算的能力、理论联系实际的能力和独立获取知识的能力，开阔学生的思路，激发学生的探索和创新精神，提升其科学技术的整体素养，并为进一步学习量子力学、固体物理学及近代物理实验等课程打好基础。
二、教学基本要求从原子结构模型出发使学生对原子的结构有个初步认识，理解原子核式结构，掌握原子能级概念和光谱的一般知识；理解氢原子的波尔理论，了解伏兰克-赫兹实验；了解氢原子能量的相对论效应；了解斯特恩－盖拉赫实验，理解原子的空间取向量子化；了解碱金属光谱的精细结构，电子自旋与轨道的相互作用；理解两个价电子的原子态，了解泡利原理；理解原子磁矩及外磁场对原子的作用，了解顺磁共振和塞曼效应；掌握原子的壳层结构和原子基态的电子组态；了解康普顿效应，理解X射线的衍射。
三、教学内容、要求与学时分配绪论 2学时介绍原子物理学的地位与作用、研究对象与研究方法、发展史以及学习上应注意的问题。
第一章原子的基本状况 3学时1.1 原子的质量和大小 1学时1.2 原子核式结构 1学时1.3 同位素 1学时教学重点与难点：(1)卢瑟福原子核式结构模型；(2)α粒子散射理论与卢瑟福散射公式及其应用。
第五章泡利原理
第五章多电子原子：泡利原理一、学习要点1. 氦原子和碱土金属原子：氦原子光谱和能级（正氦（三重态）、仲氦（单态））2. 重点掌握L－S耦合,了解j－j耦合3.洪特定则、朗德间隔定则、泡利不相容原理；4.两个价电子原子的电偶极辐射跃迁选择定则；5．元素周期律：元素周期表，玻尔解释.6．原子的电子壳层：主壳层：K ＬＭＮO P Q次壳层、次支壳层电子填充壳层的原则：泡利不相容原理、能量最小原理7．原子基态的电子组态（P228表27.2）1．选择题(2)氦原子由状态1s2p 3P2,1,0向1s2s 3S1跃迁,可产生的谱线条数为：A.0；B.2；C.3；D.1(4)氦原子有单态和三重态两套能级,从而它们产生的光谱特点是:A.单能级各线系皆为单线,三重能级各线皆为三线；B.单重能级各线系皆为双线,三重能级各线系皆为三线；C.单重能级各线系皆为单线,三重能级各线系皆为双线;D.单重能级各线系皆为单线,三重能级各线系较为复杂,不一定是三线.(5)下列原子状态中哪一个是氦原子的基态？A.1P1；B.3P1 ;C.3S1; D．1S0;(7)氦原子有单态和三重态,但1s1s3S1并不存在,其原因是:A.因为自旋为1/2,l 1=l2=0 故J=1/2 ;B.泡利不相容原理限制了1s1s3S1的存在;C..因为三重态能量最低的是1s2s3S1;D.因为1s1s3S1和 1s2s3S1是简并态(8)若某原子的两个价电子处于2s2p组态,利用L－S耦合可得到其原子态的个数是：A.1；B.3;C.4;D.6.(9)4D3/2 态的轨道角动量的平方值是：A.-３ 2 ; B.6 2; C.-２ 2; D.２ 2(10)一个p电子与一个s电子在L－S耦合下可能有原子态为：A.3P0,1,2, 3S1 ;B.3P0,1,2 , 1S0;C.1P1, 3P0,1,2 ;D.3S1 ,1P1(11)设原子的两个价电子是p电子和d电子,在Ｌ－Ｓ耦合下可能的原子态有：A.4个；B.9个；C.12个；D.15个；(12)电子组态2p4d所形成的可能原子态有：A．1P ３P １F ３F； B. 1P 1D 1F 3P 3D 3F;C．3F 1F; D.1S 1P 1D 3S 3P 3D.(13)铍（Be）原子若处于第一激发态,则其电子组态：A.2s2s；B.2s3p；C.1s2p;D.2s2p(14)若镁原子处于基态,它的电子组态应为：A．2s2s B.2s2p C.3s3s D.3s3p(15)电子组态1s2p所构成的原子态应为:A．1s2p1P1 , 1s2p3P2,1,0 B.1s2p1S0 ,1s2p3S1C．1s2p1S0, 1s2p1P1 , 1s2p3S1 , 1s2p3P2,1,0; D.1s2p1S0,1s2p1P1(16)判断下列各谱项中那个谱项不可能存在:A.3F2;B.4P5/2;C.2F7/2;D.3D1/2(18)在铍原子中,如果3D1,2,3对应的三能级可以分辨,当有2s3d3D1,2,3到2s2p3P2,1,0的跃迁中可产生几条光谱线？A．6 B.3 C.2 D.9(19)钙原子的能级应该有几重结构？A．双重； B.一、三重； C.二、四重； D.单重（20）元素周期表中：A.同周期各元素的性质和同族元素的性质基本相同；B.同周期各元素的性质不同，同族各元素的性质基本相同C.同周期各元素的性质基本相同，同族各元素的性质不同D.同周期的各元素和同族的各元素性质都不同（21）当主量子数n=1,2,3,4,5,6时，用字母表示壳层依次为：A.K ＬＭＯＮＰ；Ｂ.ＫＬＭＮＯＰ；C.ＫＬＭＯＰＮ；D.ＫＭＬＮＯＰ；（23）在原子壳层结构中，当l＝０，１，２，３,…时，如果用符号表示各次壳层，依次用下列字母表示：Ａ.ｓ,ｐ,ｄ,ｇ,ｆ,ｈ．．．．Ｂ.ｓ,ｐ,ｄ,ｆ,ｈ,ｇ．．．Ｃ.ｓ,ｐ,ｄ,ｆ,ｇ,ｈ．．．Ｄ.ｓ,ｐ,ｄ,ｈ,ｆ,ｇ．．．（24）电子填充壳层时，下列说法不正确的是：Ａ.一个被填充得支壳层，所有的角动量为零；Ｂ.一个支壳层被填满半数时，总轨道角动量为零；Ｃ.必须是填满一个支壳层以后再开始填充另一个新支壳层；Ｄ.一个壳层中按泡利原理容纳的电子数为２n2(25)实际周期表对K.L.M.N.O.P主壳层所能填充的最大电子数依次为：Ａ.２,８,１８,３２,５０,７２；Ｂ.２,８,１８,１８,３２,５０；Ｃ.２,８,８,１８,３２,５０；Ｄ.２,８,８,１8,１８,３２.（26）按泡利原理，主量子数n确定后可有多少个状态？Ａ.n2; Ｂ+1); Ｃ.2j+1; Ｄ.2n2(27)某个中性原子的电子组态是1s22s22p63s3p,此原子是：Ａ.处于激发态的碱金属原子；Ｂ.处于基态的碱金属原子；Ｃ.处于基态的碱土金属原子；Ｄ.处于激发态的碱土金属原子；(28)氩（Ｚ＝１８）原子基态的电子组态及原子态是：Ａ.1s22s22p63p８1S0; Ｂ.1s22s22p6２p63d83P0Ｃ.1s22s22p6 3s23p61S0; Ｄ. 1s22s22p63p43d22D1/2(29)某个中性原子的电子组态是1s22s22p63s２3p６5g1,此原子是：Ａ.处于激发态的碱土金属原子；Ｂ.处于基态的碱土金属原子；Ｃ.处于基态的碱金属原子；Ｄ.处于激发态的碱金属原子.(30)有一原子，n=1,2,3的壳层填满，4s支壳层也填满，4p支壳层填了一半，则该元素是：Ａ.Br(Z=35); Ｂ.Rr(Z=36); Ｃ.V(Z=23); Ｄ.As(Z=33)(31)由电子壳层理论可知，不论有多少电子，只要它们都处在满壳层和满支壳层上，则其原子态就都是：Ａ.３Ｓ０；Ｂ.１Ｐ１；Ｃ.２Ｐ１／２；Ｄ.１Ｓ0.（32）氖原子的电子组态为1s22s22p6,根据壳层结构可以判断氖原子基态为：Ａ.１Ｐ１；Ｂ.３Ｓ１；Ｃ.１Ｓ０；Ｄ.３Ｐ０.2．简答题（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、能量最小原理、莫塞莱定律.（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.（首都师大1998）（3）写出铍原子基态、第一激发态电子组态及相应光谱项.（1991中山大学）3．计算题（1）已知氦原子基态的电子组态是1s1s，若其中一个电子被激发到3s态，问由此激发态向低能态跃迁时，可以产生几条光谱线？要求写出相关的电子组态及相应的原子态，并画出能级跃迁图。
泡利不相容原理
1楼泡利不相容原理之一电子在原子核外运动状态是相当复杂的。
一个电子的运动状态取决于它所处的电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋状况。
科学实验还告诉我们，在一个原子里不可能存在着电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋状况完全相同的两个电子。
这个原理叫泡利不相容原理。
泡利不相容原理之二泡利原理是多电子原子核外电子排布应遵守的基本原理，也称为泡利不相容原理。
它是1925年奥地利W．泡利根据光谱实验的结果，总结出的一条原理：在同一个原子中不能容纳运动状态完全相同的电子，即，不能容纳4个量子数完全一样的电子。
例如，氦原子中的2个电子主量子数n、角量子数l、磁量子数 m 都相同(n=1，l=0，m=0)，但自旋量子数ms必须不同，一个是+1/2，另一个是-1/2。
由泡利原理可得到下列两个推论：(1)每个原子轨道中最多容纳两个自旋方向相反的电子。
(2)每个电子层所能容纳的电子总数是其主量子数n的2n2个。
泡利不相容原理Pauli’s exclusion principle自旋为半整数的粒子(费米子)所遵从的一条原理。
简称泡利原理。
它可表述为全同费米子体系中不可能有两个或两个以上的粒子同时处于相同的单粒子态。
电子的自旋，电子遵从泡利原理。
1925年W.E.泡利为说明化学元素周期律提出来的。
原子中电子的状态由主量子数n、角量子数l、磁量子数 ml以及自旋磁量子数ms所描述，因此泡利原理又可表述为原子内不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的4个量子数n、l、ml、ms。
根据泡利原理可很好地说明化学元素的周期律。
泡利原理是全同费米子遵从的一条重要原则，在所有含有电子的系统中，在分子的化学价键理论中、在固态金属、半导体和绝缘体的理论中都起着重要作用。
后来知道泡利原理也适用于其他如质子、中子等费米子。
泡利原理是认识许多自然现象的基础。
1945年诺贝尔物理学奖授予美国新泽西州普林斯顿大学的奥地利物理学家泡利（Wolfgamg Pauli，1900—1958），以表彰他发现了所谓泡利原理的不相容原理。
原子光谱的普遍规律
原子光谱的普遍规律
原子光谱普遍规律包括以下几点：
1. 光谱线的离散性：在原子光谱中，只出现了一系列离散的光谱线，每个光谱线对应于一个特定的波长。
2. 光谱线的位置：光谱线的位置是由原子内部电子的能级结构决定的，每个元素都有其独特的光谱。
3. 能级间距离的规律：不同能级之间的能级间隔是不同的，但它们之间的差距会随着能级的增加而逐渐缩小。
4. 规律的共性：尽管不同元素的光谱有其独特性，但有些规律仍然是普遍适用的，如巴尔末系列和希尔伯特系列。
5. 原子光谱的应用：原子光谱谱线的位置和强度可以用来确定元素的组成，也可以用来分析化学反应和标定实验仪器。
总之，原子光谱的普遍规律揭示了原子结构的特性，并有助于我们深入理解元素的性质和相互作用。
5[1].3泡利原理5.4复杂原子光谱的一般规律
![5[1].3泡利原理5.4复杂原子光谱的一般规律](https://img.taocdn.com/s3/m/36c59100a6c30c2259019edc.png)
(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)
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 .
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
(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.
第4节 复杂原子光谱的一般规律
§ 5.4 复杂原子光谱的一般规律
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
原子态为：2P、2D、2F、4P、4D、4F
四、J-J耦合的多电子 J-J耦合：原来的总角动量为Jp 和新加电子的 j 合成总角动量J。
例2. 原来的Jp 为1，加一个 p 电子后新原子态是什么？ Jp＝1 j＝1/2 或 3/2 J＝1/2、3/2 或 J＝1/2、3/2、5/2
1 3 1 1 3 , 1 1 3 5 2 2 , , ,
2 2
2 2 2
洪特（F.Hund)定则（只适用于L-S耦合）： 从同一电子组态形成的能级中 （1）重数较高的（S较大）能级位置较低； （2）重数相同的（S相同）能级中，L最大的位置最低。
朗德间隔定则：在一个多重的能级中，能级的二相邻间隔同 有关的二J值中较大那一值成正比。例如 3P0,1,2 三个能级的 两个间隔之比为1：2，3D1,2,3 的间隔之比为2：3。
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
原子物理课件 第4节 复杂原子光谱的一般规律
3 2 1,3,5
22
222
洪特（F.Hund)定则（只适用于L-S耦合）：
从同一电子组态形成的能级中
（1）重数较高的（S较大）能级位置较低；
（2）重数相同的（S相同）能级中，L最大的位置最低。
朗德间隔定则：在一个多重的能级中，能级的二相邻间隔同 有关的二J值中较大那一值成正比。例如 3P0,1,2 三个能级的 两个间隔之比为1：2，3D1,2,3 的间隔之比为2：3。
设原来原子或离子的总角动量为Lp，新增加原子的角动量为 l，合成为原子总角动量L，自旋角动量S 为原来的自旋角动 量Sp 和新加电子的自旋角动量（1/2）的合成，然后由L 和S 合成为总的角动量。
例: 原来原子有一个3P态，增加一个d 电子后原子态是什么？
Lp＝1 l＝2 Sp＝1 s＝1/2
L＝1，2，3 S＝1/2，3/2
单一
单一 单一
单一
单一
双重
双重
双重
双重
双重
双重
三重
三重
三重
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三重
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四重
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四重
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五重 五重
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ห้องสมุดไป่ตู้
六重
六重
六重
七重
七重
八重
三、三个或三个以上价电子的原子态
任何原子的状态都可以看成它的一次电离加一个电子形成的， 而它的一次电离离子的状态又同元素周期表前一个原子的状 态相似，因此可以由前一个原子推断后一个原子的状态。
能级次序：具有相同的 n 和 l 的电子构成一个次壳层，次壳 层都是由同科电子构成，同科 s 电子最多具有2个电子，同 科的 p 电子最多有6个，同科 d 电子最多有10个。由一个次 壳层满额半数以上的电子（但没有满）构成的能级一般具有 倒序，少于满额半满的电子构成的能级一般具有正常次序。
【知识解析】泡利原理、洪特规则、能量最低原理精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版泡利原理、洪特规则、能量最低原理1 电子自旋与泡利原理温故核外电子围绕原子核做高速运动，根据电子能量高低及运动区域的不同，将电子在核外空间的运动状态分别用能层、能级及原子轨道来描述。
（1）电子自旋核外电子除绕核高速运动外，还像地球一样绕自己的轴自旋。
电子自旋在空间有两种相反的取向——顺时针方向和逆时针方向，分别用“↑”和“↓”表示。
名师提醒（1）自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。
（2）能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态，电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关。
（3）一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。
（2）泡利原理（又称泡利不相容原理）在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理。
如He：1s2，1s轨道里的2个电子自旋相反，即一个电子顺时针运动，而另一个电子逆时针运动。
2 电子排布的轨道表示式轨道表示式（又称电子排布图）是表述电子排布的一种图式，如氢和氧的基态原子的轨道表示式：。
名师提醒（1）在轨道表示式中，用方框（也可用圆圈）表示原子轨道，1个方框代表1个原子轨道，通常在方框的下方或上方标记能级符号。
（2）不同能层及能级的原子轨道的方框必须分开表示，同一能层相同能级（能量相同）的原子轨道（简并轨道）的方框相连书写。
（3）箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子（或称未成对电子）；箭头同向的单电子称自旋平行，如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。
（4）轨道表示式的排列顺序与电子排布式顺序一致，即按能层顺序排列。
有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。
（5）轨道表示式中能级符号右上方不能标记电子数。
以Si原子为例，说明轨道表示式中各部分的含义：3 洪特规则基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，这一规则是洪特根据原子光谱得出的经验规则，称为洪特规则。
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作业题
1,2,3,4,6
�
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.
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:
(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:
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.
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
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
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
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 .
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).
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
§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
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 -
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.
(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.
S = 0 1 D2 L = 2
Sபைடு நூலகம்= 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)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)
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
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
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