《氦的光谱和能级5.具有两个价电子的原子态ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氦的光谱和能级5.具有两个价电子的原子态ppt课件（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第五章多电子原子 一 氦原子光谱实验规律和能级 1 具有原子光谱的一般规律 2 谱线也分为主线系 第二辅线系 锐线系 第一辅线系 漫线系 和柏格曼线系 基线系 3 特殊性 两套光谱仲氦 单线系 紫外区和远紫外区 正氦 三重线 红外区 可见区和紫外区 5 1氦原子及镁原子的光谱和能级 推论 有两套能级仲氦 一套是单层能级正氦 另一套是三层能级 两套之间无跃迁 注意 任何具有两个价电子的原子或离子都与氦原子的光谱和能级结构相类似 铍 镁 钙 锶 钡 镭 锌 镉 汞 上图是氦的能级和能级跃迁对应光谱图 能级分单态能级和三重态能级 早期还被误认为是两种氦 正氦和仲氦 的行为 氦的一条重要谱线587
2、6nm 黄色D3线 对应三重态跃迁的第一辅线系 nD 最低P能级 第一条谱线 由三成分构成 能级跃迁分别为 4 氦原子能级特点 1 有两套能级 单态和三重态 两套能级之间无跃迁 2 基态是1s1s 11S0 和第一激发态1s2s 有两个态21S0 单重态 和23S1 三重态 之间能量相差很大 约为19 8ev 且电离能 He 为24 6ev 是所有元素中最大的 3 三重态的能级总是低于相应的单态的能级 例如23S1比21S0低0 8ev 4 n 1的原子态不存在三重态 5 23S1和21S0都是亚稳态 21S0的寿命为19 5ms 实验发现 碱土族元素原子与氦原子的能级和光谱结构相仿 光谱都有
3、两套线系 即两个主线系 两个漫线系 第一辅线系 两个锐线系 第二辅线系 但这两套光谱的结构十分不相同 一套是单线结构 另一套是多线结构 相应的能级也有两套 单重态能级和三重态能级 两套能级之间无偶极跃迁 二 镁原子光谱实验规律和能级 双电子系统 氦原子和碱土族元素 铍 镁 钙 锶 钡 镭 锌 镉 汞原子 镁的基态3s3s 31S0 第一激发态3s3p有两个态31P1 单重态 33P012 三重态 三重态的能级比单态低 镁的电离能 Mg 为7 62ev 而氦的电离能 He 为24 6ev 镁的第一激发态33p012 激发电势是2 7伏特 氦的第一激发态23S1 激发电势是19 77伏特 实验发现
4、B Al C Si 的能级和光谱结构与氦的相似 也分单重态和三重态两套能级 人们还发现在同一周期内各元素按原子顺序交替出现偶数和奇数的多重态 也就是说在周期表中同一竖列 同一族 诸元素有相似的能级和光谱结构 有相似物理 化学性质 5 1 5 2具有两个价电子的原子态 一 电子组态 处于一定状态的若干个 价 电子的组合 n1l1 n2l2 n3l3 例 氦原子基态 1s1s 第一激发态 1s2s 镁原子基态 3s3s 第一激发态 3s3p 电子组态 如 氢原子处于基态时电子在n 1 L 0的状态 电子组态1s氢原子的基态是2s1 2 两个电子之间的相互作用 两个价电子各有其轨道运动和自旋 每一种
5、运动都产生磁场 从而四种运动相互作用 代表这四种运动的量子数这四种运动之间有六种相互作用 1 适用条件 二 L S耦合 适用条件 两个电子自旋之间的相互作用和两个电子的轨道之间的相互作用 比每个电子自身的旋 轨相互作用强 即G1 s1s2 G2 1 2 比G3 s1 1 G4 s2 2 要强得多 推广到更多电子的系统 L S耦合 s1s2 l1l2 SL 2 两个轨道角动量的耦合 设l1和l2分别是两个电子的角动量量子数 它们耦合的总角动量的大小由量子数L表示为 其量子数取值限定为 轨道角动量矢量合成 a b c 例如 两个电子的角动量量子数分别是 它们耦合的总角动量的量子数L 5 4 3 2
6、 1 3 两个自旋角动量的耦合 设s1和s2分别是两个电子自旋角动量量子数 它们耦合的总角动量的大小由量子数S表示为 其自旋总角动量量子数取值限定为 当L S时 每一对L和S共有2S 1个J值 当L S时 每一对L和S共有2L 1个J值 由于S有两个值 0和1 所以对应于每一个不为零的L值 J值有两组 一组是当S 0时 J L 一个能级 单一态 另一组是当S 1时 J L 1 L L 1 三个能级 三重态 4 总轨道角动量与总自旋角动量的耦合 LS耦合的矢量图 耦合实质 产生附加的运动 5 原子态的标记法 s 0 1 s 1 3 L 1 L L 1 S 1 L S 0 01234SPDFG 解
7、 1 考虑nsn p电子组态的L S耦合可能导致的原子态2s 1Lj 按照L S耦合规则 总自旋量子数取S 1 0两个值 总轨道量子数取L 1 0 1 又由J S L 所以量子数 L S耦合得到四个原子态是3P2 1 0 1P1 例题1 1 求nsn p电子组态的原子态 2 求3p4p电子组态的原子态 按照L S耦合规则 2 考虑3p4p电子组态的L S耦合可能导致的原子态2s 1Lj 按照L S耦合规则 总自旋量子数取S 1 0两个值 总轨道量子数取L 2 1 0 3p4pL S耦合出十个原子态 列表示为 L 0 1 2 S 01S01P11D2 S 13S13P2 1 03D3 2 1 S
8、 1 0 L 2 1 0 洪特定则 1 从同一电子组态形成的诸能级中 1 重数最高的 亦即S值最大的能级位置最低 2 重数相同即具有相同S值的能级中 具有最大L值的位置最低 6 洪特定则 每个原子态对应一定的能级 由多电子组态形成的原子态对应的能级结构顺序有两条规律可循 2 同一L值不同J值的诸能级顺序是 具有最小J值 L S 的能级为最低 称正常次序 具有最大J L S 的能级为最低 称倒转次序 按照洪特定则 pp和pd组态在L S耦合下的原子态对应的能级位置如图所示 7 朗德间隔定则 在L S耦合的多重态能级结构中 相邻的两能级间隔与相应的较大的J值成正比 从而两相邻能级间隔之比等于两J值
9、较大者之比 8 跃迁的选择定则 对两电子体系为 例题2 求一个P电子和一个d电子 n1pn2d 可能形成的原子态 S 0 单一态 S 1 三重态 p电子和d电子在LS耦合中形成的能级 P D F 例题3铍4Be基态电子组态 1s22s2形成1S0 激发态电子组态 2s3p形成1P1 3P2 1 0 对应的能级图如图所示 2s3p 1P1 3P2 3P1 3P0 2s2s 1S0 中间还有2s2p和2s3s形成的能级 2s2p形成1P1 3P2 1 0 2s3s形成1S0 3S1 画出L S耦合总能级和跃迁光谱图 三 氦原子的光谱和能级 1 可能的原子态 2 氦原子能级图 1s3d31D2 1s
10、3p31P1 1s3s31S0 1s2p21P1 1s2s21S0 1s1s11S0 3D1 2 3 3P0 1 2 3S1 3P0 1 2 3S1 3S1 3 光谱线系 三重线系主线系 n 2 3 n 2 3 n 3 4 n 3 4 n 4 5 单线系主线系第二辅线系第一辅线系柏格曼线系 第二辅线系 n 3 4 第一辅线系 n 3 4 2 使亚稳态向基态跃迁的方法 1 亚稳态 不能独自自发的过渡到任何一个更低能级的状态 氦 1s2s受的限制 4 亚稳态 1 适用条件 四 j j耦合 适用条件 推广到更多电子的系统 j j耦合 s1l1 s2l2 j1j2 适用条件 重原子中每个电子自身的旋轨
11、作用比两个电子之间的自旋或轨道运动相互作用强得多 1 合成法则 1 2 3 4 原子态的标记法 j j耦合的情况下 原子的状态用量子数j1 j2和J来表示 其方法是 j1 j2 J 2 j j耦合原子态跃迁的选择定则 例题 电子组态nsnp 在j j耦合情况下 求可能的原子态 解 两个电子系统电子组态为nsnp s1 1 2 l1 0 s2 1 2 l2 1所以j1 1 2 j2 1 2 3 2 L S耦合得到四个原子态是3P2 1 0 1P1 ps 两个价电子p和s在jj耦合中形成的能级 P 157 其能级结构比较如下图 其能级结构与L S耦合的原子态1P1 3P2 1 0对比 两种耦合态的J值同 状态的数目相同 可见原子态的数目完全由电子组态决定 所不同的是能级间隔 这反映几个相互作用强弱对比不同 p 158 原子能级的类型实质 是原子内部几种相互作用强弱不同的表现 L S耦合和j j耦合是两个极端情况 有些能级类型介于二者之间 只有程度的差别 很难决然划分 j j耦合一般出现在高激发态和较重的原子中 P 158
