结构化学论文

结构化学小论文

有关原子光谱

有关原子光谱

我在学习结构化学的过程中，对原子光谱这一块一开始有些不太明白，特别是几个量子数。后来经过仔细看书和查阅文献进行了再次

学习，现将学习所得与体会写在下面。

原子中的电子整体总是处在一定的运动状态称为原子状态。每一种原子状态都具有一定的能量称为原子能量。这些能量是量子化的。原子光谱实验对应的是原子的整体状态，原子光谱的精细结构反映了原子内部能级的复杂性。原子中各电子的主量子数n ，角量子数l 给定后称为一种组态。原子能量的大小显然主要由电子组态决定。因为原子中各电子的轨道能是由量子数n ，l 共同决定的。但轨道能仅包括了电子的动能、电子与核的静电吸引势能以及电子之间的静电排斥势能，只能作为原子能量的初步近似。由于原子中各电子间还存在着其它复杂的相互作用如轨道-轨道，自旋-自旋静电排斥作用，轨道-自旋磁力相互作用，这些作用均是影响原子能量的因索，是决定原子能量更高一级的近似。故在一种组态中还可能存在不止一种的能量状态（这就有了能量简并度的概念）。

对于全充满的闭壳层组态如2s 22s 22p 6等每个轨道都占据两个电子，其磁量子粒m 和自旋磁量子数m s 是唯一确定了的。然而对于部分充满的壳层组态，n ，l 值虽然确定了，但m 和m s 的值仍然是不能确定的。如P 2组态，在P 轨道上的2个电子，其中第一个电子的状态用四个量子数n 、l 、m 、m s 。来描述就有6种可能性(m=士0，1；m s =士1/2)，第二个电子填入后，组成P 2组态的微观状态数有种15!

25626=⨯=C (从m 个不同元素里每次取出n 个元素不管怎样的顺序组成一组，称作组合。其所有不同的组合种数记作!

)1()1(n n m m m C n m +--= 。m 和m s 表示了电子轨道角动量和自旋角动量

在外磁场中的取向。轨道角动量和自旋角动量各自对应一个磁矩。轨道运动的磁矩在空间产生一个磁场，这一磁场会与自旋磁矩相互作用而使能量发生变化。可见各个电子的m和m s是影响原子能量的重要量子数，这15种微观状态中电磁作用可能不同，因此确定电子的组态还不足以完整地反映原子的状态。原子状态应由电子组态和电子间电磁相互作用来描述。而电子间电磁相互作用是用原子光谱项来表征的。所以原子能量是由电子组态和原子光谱项共同决定的。在不同的电子组态下，无法单独由原子光谱项来判断原子能量高低。只有在同一电子组态下才能判断由该组态所产生的各种光谱项所对应的能级的高低。原子的状态与核外各电子的状态密切相关，但又不是它们的简单加和．表述各个电子微观状态的量子粒n，l，m，m s不能直接和光谱实验观察到的数据相联系。要将原子的状态与电子的状态联系起来就要考虑电子问多种相互作用。这种相互作用通常以角动量耦合来实现。将几个角动量进行矢量加和得到总的确定的角动量的过程叫耦合。目前关于角动量耦合有两种近似处理方法，或者说有两种方式将原子状态与它们的电子状态相联系。当然也可以说有两种确定光谱项的方法。一种是L-S耦合又称罗素-桑德斯耦合，它是先分别将各电子的轨道角动量和自旋角动量组合起来得来原子的总轨道角动量M。和总自旋角动量M s，然后再将两者进一步组合得到原子的总角动量M J。它适用于核电荷Z≤40的轻原子，这些原子的轨一轨，旋一旋的静电作用比较重要，而每个电子的轨-旋磁力作用较小。另一种是将每个电子的轨道运动所产生的轨道角动量和自旋角动量先组合起

来，得到每个电子的总的角动量M j ，然后将各电子的总角动量再组合起来求得原子的总角动量M J ，这种组合方式称为j-j 耦合。它适用于Z>40的重原子(如稀土元素)，这些原子的每个电子的轨道和自旋相互作用比各电子问的轨道相互作用或自旋相互作用都要大，于是采用j —j 耦合将会得到更好的近似。

原子内部存在着复杂的电磁相互作用，影响着原子的能级。在不考虑轨一轨，旋一旋静电作用和轨-旋磁力作用的情况下，原子能级仅由电子组态决定。但当考虑了这些作用后，在l n 组态下有n l C )12(2+个微观状态，在外磁场中l n 组态下也有n l C )12(2+个微能态。但微观状态和

微能态之间一般不存在一一对应关系。在无外磁场时，这些微能态有些是简并的，分别属于不同的光谱支项。

以上就是我的有关原子光谱学习的小结。