原子物理学第五章

第 的光谱都与氦有相同的线系结构。
能级
五
章
即
原子实+2个价电子。
多
电
子
原 由此可见，能级和光谱的形成都是二个价电子
子 :
各种相互作用引起的.
泡
利
原
理
首页
上一页
下一页
第二节：两个电子的耦合
电子的组态
1.定义： 两个价电子处在各种状态的组合，
称电子组态。
电子的组 态
比如，氦的两个电子都在1s态，那么氦的
跃迁产生的；根据氦光谱的上述特点，不难推
测，其能级也分为
能级
第
五 章
单层结构:
1 S,
1
P,
1
D,
1F----仲氦
多
电 两套：
子
原 子
三层结构: 3S, 3P, 3D, 3F----正氦
:
泡
利
原 理
首页
上一页
下一页
第一节：氦的光谱和能级
谱线
能级
第
五
章
3．能级和能级图的特点
多
电
子
原 1）能级分为两套，单层和三层能级间没有跃
电子组态一般表示为n1l1n2l2 ；组态的主 量子数和角量子数不同，会引起能量的差异，
比如1s1s 与 1s2s对应的能量不同；1s2s 与
1s2p对应的能量也不同。
第 一般来说，主量子数不同，引起的能量差
五 章
异会更大，主量子数相同，角量子数不同，引
多 起的能量差异相对较小一些。
电
子
同一电子组态可以有多种不同的能量，即
原 子
一种电子组态可以与多种原子态相对应。
我们
: 泡
知道，一种原子态和能级图上一个实实在在的
利 能级相对应。
原
理
Βιβλιοθήκη Baidu首页
上一页
下一页
电子的组 态
同一组态 内的相互 作用
选择定则
第二节：两个电子的耦合
2.电子组态与能级的对应
第 五 章
多
电
子
原 子
: 泡
利
原 理
首页
上一页
电子的组 态 同一组态 内的相互 作用 选择定则
电
子
原 子
原子处在亚稳态时，必须将其激发到更高能，
:
泡
利 方可脱离此态回到基态）
原
理
首页
上一页
下一页
第一节：氦的光谱和能级
5）一种电子态对应于多种原子态。 不仅氦 的能级和光谱有上述特点，人们发现，元素 周期表中第二族元素：
谱线
Be(4)、Mg(12)、Ca(20)、Sr(38)、 Ba(56)、Ra(88)、Zn(30)、Cd(48)、Hg(80)
: 这正是本章所要研究的问题。
泡
利
原
理
首页
上一页
下一页
第一节：氦的光谱和能级
1．谱线的特点
我们知道碱金属原子的光谱分为四个线系：
谱线
主线系：
锐线系：
第 漫线系：
基线系：
能级
五
章
实验表明，氦原子的光谱也是由这些线系
多 构成的，与碱金属原子光谱不同的是：
电
子
原
氦原子光谱的上述四个线系都出现双份，
子
: 即两个主线系，两个锐线系等。
:
泡
利
原
理
首页
上一页
下一页
第一节：氦的光谱和能级
谱线
可见,价电子在碱金属原子中起了十分重
第 要的作用，它几乎演了一场独角戏
能级
五
章
多电子原子是指最外层有不止一个价电
多 子， 换句话说，舞台上不是一个演员唱独角
电 子
戏，而是许多演员共演一台戏， 那么这时情
原 子
形如何，
原子的能级和光谱是什么样的呢？
利
原
理
首页
上一页
下一页
电子的组 态
同一组态 内的相互 作用
选择定则
第二节：两个电子的耦合
电子的组 态
同一组态
第
内的相互
五
作用
章
多
选择定则
电
子
原 子
: 泡
利
原 理
首页
上一页
下一页
第二节：两个电子的耦合
在两个价电子的情形中，每一个价电子都
有它自己的轨道与自旋运动，因此情况比较复
杂。设两个价电子的轨道运动和自旋运动分别 是l1,l2,s1,s2，则在两个电子间可能的相互作用 有六种：
下一页
第一节：氦的光谱和能级
氦原子的光谱由两套谱线构成，一套是单
层的，另一套是三层，这两套能级之间没有相 互跃迁，它们各自内部的跃迁便产生了两套独 谱线 立的光谱。
早先人们以为有两种氦，把具有复杂结 能级
第 五
构的氦称为正氦，而产生单线光谱的称为仲
章 氦；
？
多
电
子
原 子
现在认识到只有一种氦，只是能级结构分为两套。
第 五
电子组态是1s1s；
一个电子在1s，
另一个
章 到 2s 2p 3s 3d…,构成激发态的电子组态。
多
电
子
对于氦, 两个电子的主量子数n都大于1，
原 子
构成高激发态，实验上不容易观测，它需要很
: 泡
高的能量激发。
利
原
理
首页
上一页
下一页
同一组态 内的相互 作用
选择定则
第二节：两个电子的耦合
2.电子组态与能级的对应
原子物理学第五章
第一节：氦的光谱和能级
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。 谱线 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。
能级
第
五
通过前面的学习我们知道：碱金属原子
章 的原子模型可以描述为：
多
电
子
原
子
原子实+一个价电子
:
泡
利
原
理
首页
上一页
下一页
第一节：氦的光谱和能级
谱线
能级
第 五 章
多
电
子
原 子
: 泡
利
原 理
首页
上一页
下一页
第一节：氦的光谱和能级
谱线
能级
第 五 章
多
电
子
原 子
: 泡
利
原 理
首页
上一页
下一页
第一节：氦的光谱和能级
2．能级和能级图
什么原因使得氦原子的光谱分为两套谱线
呢？我们知道，原子光谱是原子在不同能级间 谱线
泡
利
原
理
首页
上一页
下一页
第一节：氦的光谱和能级
实验中发现这两套谱线的结构有明显的 差异， 一套谱线由单线构成，另一套谱线却 谱线 十分复杂。具体情况是：
第 五
章 光谱：
多 电 子 原 子
: 泡 利 原 理
单线 多线
首页
四个线系均由单
谱线构成主, 锐
能级
线系由三条谱线构成
漫,基线系由六条 谱线构成
上一页
下一页
第二节：两个电子的耦合
第
在氦的第二族元素中，考虑自旋后，在一
五 章
种电子组态
n1l1n2l2
中，两个价电子分别有
各自的轨道和自旋运动，因此存在着多种相互
多
电 作用，使得系统具有的能量可以有许多不同的
子 原
可能值。而每一种能量的可能值都与一种原子
子 态，即一个能级相对应。我们说，这些原子态
:
泡 便是该电子组态可能的原子态。
子
: 泡
迁；氦的基态是1s1s1S0；
利
原
理
首页
上一页
下一页
第一节：氦的光谱和能级
2）状态1s1s3S1不存在，且基态1s1s1S0和
第一激发态1s1s3S1之间能差很大；
谱线
3） 所有的3S1态都是单层的；
能级
第 五
4）1s2s1S0和1s2s3S1是氦的两个亚稳态；（
章
多 不能跃迁到更低能级的状态称为亚稳态,当
电子的组 态
同一组态
第
G1(s1,s2)G2(l1,l2),G3(l1,s1),
内的相互
五 章
G4(l2,s2),G5(l1,s2),G6(s2,l1)
作用