原子光谱项

• 1.4 自旋量子数ms： 反映了电子自旋角动量在外磁场（z方向）分量的大 小。 只能取两个值，即±1/2，代表电子的两种不能自旋方 。说明同一轨道最多包含两个电子，且自旋方向相反。 这些量子数没有涉及电子间存在的相互作用，以及 轨道和自旋的相互作用，所以各个电子的运动状态的简单 加和，还不足以表达原子整体的运动状态。
1 四个量子数
• 1.3 磁量子数m： 对于形状一定的轨道（l相同电子轨道），m决定其空 间取向。 共可以取(2l+1)个值（[-l，l]中的整数）。 如：l=1，m=0，±1，有三种空间取向（能量相同， 三重简并）
1 四个量子数 这三个量子数一经确定，波函数也随之确定， 即代表一个原子轨道。
1 四个量子数
原子光谱项
1 四个量子数
• 1.1 主量子数n： 表示原子能量的大小，核外电子离核的远近和电子 能量的高低。n相当于电子层数，光谱学中以K,L,M,N等表 示，也叫电子层。 • 1.2 角量子数l： 反映原子轨道的形状。 受主量子数n的限制，共可以取n个值（[0，n-1]中的 整数）。光谱学中用s, p, d, f, g等表示，也叫亚层。 l=0：表示s轨道，形状为球形； l=1：表示p轨道，形状为哑铃形； l=2：表示d轨道，形状为花瓣形； l=3：表示f轨道，形状复杂。
4 亚稳态正氦塞曼分裂能级图
n2 l2 m2 1 组态 光谱项 光谱支项 23P0 微能态 mJ=0 mJ=1,0,-1 mJ=2,1,0,-1,-2
1 (p)
2
0 -1
2P
23P L=1,S=1
23P1 23P2
0 (s)
1 0 (s)
0
0
2S
1S
23S L=0,S=1 11S L=0,S=0
23S1
2 多电子原子的量子数
• 原子的状态在各电子的n，l（称一种组态）确定后，其能 量状态还可能不只一种，更精确的应当考虑到各电子间的 相互作用后得到的总量字数L，S，J，才能正确的反映原 子整体的运动状态。
2 多电子原子的量子数 • 2.1 L ——总轨道角动量量子数 L的取值，按量子力学角动量的偶合规则为： L=l1+l2，l1+l2-1，…，｜l1-l2｜ 即，是从2个角动量量子数l1与l2之和到两者之差（应大于 零），每一步减1。若有多个电子，可先算2个电子的总角 动量，然后再和第3个电子的角动量相加，以此类推。 mL ——多电子原子的轨道磁量子数 在L一定时，mL=0，±1，±2，…，±L，共2L+1个 不同的mL值。 另外，mL=∑m
2 多电子原子的量子数
• 2.2 S ——总自旋角动量量子数 根据角动量偶合规则，可有： S=s1+s2，s1+s2-1， …，｜s1-s2｜ 由于每个电子的si均等于1/2，故当电子数等于2时， 按角动量偶合规则得原子的自旋量子数S=1，0；当电子数 等于3时，S=3/2，1/2。容易看出： 当电子数为偶数时，S取零或正整数； 当电子数为奇数时，S取正的半整数。 mS ——原子的自旋量子数
为了没有磁矩的 4He产生磁矩，来测量磁场。将一电 子激发到较高使能级的轨道上，另一电于仍处在1s态(基态 )。处在激发态的高能级上的电子，其自旋状态有两种取 向：一种是和处在基态的电子的自旋方向相同，所表现的 总自旋量子数S=1/2+1/2=1；另一种是相反，S=1/2-1/2=0。
4 亚稳态正氦塞曼分裂能级图
3 原子光谱项
• 原子光谱项：2S+1L • 光谱支项：2S+1LJ
L用S，P，D，F…依次表示L=0，1，2，3…的数值； 2S+1叫光谱的多重性，当L≥S时，2S+1表示该谱项有 （2S+1）个不同的J值。 在磁场作用下，每个光谱支项又分裂成（2J+1）个微 观能态。这些能态的形成是电子之间相互作用和轨道与自 旋相互作用的结果。
11S0 L-S偶合
mJ=1,0,-1
mJ=0 塞曼分裂 有磁场
n1=l1=m1=0； s1=s2=1/2； S=1
不可考虑电子 考虑电子的轨 的相互作用 道和相互作用 无磁场
4 亚稳态正氦塞曼分裂能级图
23P0
23PBiblioteka Baidu
23P1
23P2
23S1 23S
11S 11S0
4 亚稳态正氦塞曼分裂能级图 氦原子有两个电子。一般情况下，两个电子都处在1s 轨道，充满n=l轨道，l1=l2=0，表现不出轨道磁矩（L=0） ；根据泡利不相容原理，两个电子的自旋也必然相反，也 显示不出电子的自旋磁矩（S=0）；因而氦原子在外磁场 中不会产生塞曼分裂，就无法利用4He进行光泵磁测了。
2 多电子原子的量子数 • 2.3 J ——原子的总角动量量子数 原子的总角动量MJ是由原子的自旋角动量MS和原子 的轨道角动量ML按一定的量子化规则作向量和得到的，这 种组合方式成为L-S偶合。其结果是J可取下列数值： J=L+S，L+S-1， …，｜L-S｜ 当L ≥ S时，J可取（2S+1）个数值； 当L＜S时，J可取（2L+1）个数值。 mJ ——总磁量子数 每个J对应的总角动量在磁场方向的分量共有（2J+1）