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1、第五章 多电子原子 泡利原理,4.1氦及周期系第二族元素 的光谱和能级,一、氦的光谱和能级,一套谱线都是单线结构，另一套谱线却有复杂的结构,氦具有两套能级，一套是单层的，另一套是三层的。,1、氦的能级确实是两套，一套是单层的，另一套是三层的。,2、氦的基态和第一激发态之间能量相差很大，是19.77电子伏特。,二、镁的光谱和能级,铍、镁、钙、锶、钡、镭、锌、镉、汞的光谱 与氦有相仿的结构,氦具有两个电子，镁具有12个电子，,足见产生光谱的是两个价电子决定的,镁原子其余10个电子与核构成原子实,两个角动量的合成规则,则他们的总角动量为,4.2 具有两个电子的原子态,一、不同的电子组态,只有一个电子
2、的原子 与 只有一个价电子的原子的状态,由,一个电子 或 一个价电子的状态决定,有两个电子的原子 与 有两个价电子的原子的状态,由,两个电子 或两个价电子 的状态的组合决定,电子的状态的组合叫电子组态,电子的状态的组合叫电子组态,价电子的状态的组合叫价电子组态,原子的全部电子的状态的组合叫原子的电子组态,氦原子在基态时，,电子组态是1s1s,镁原子在基态时 价电子组态是3s3s,时，价电子组态是3s3p,二、不同的电子组态具有不同的能量，有时差别很大,氦在第一激发态时，电子组态是1s2s,例如,基态时，电子组态是1s1s,镁的第一激发态的价电子组态是3s3p,基态时的两个价电子组态是3s3s,
3、能量有差别，但不很大 原因：,能量差别很大 原因：,三、同一种电子组态构成的不同原子态,3,、3,两种极端的情形,四种运动,六种相互作用,1、LS耦合,那么两个自旋,。这种作用方式称为LS耦合。,S=1，0,S=1，0,想一想：,对于一个具体的 L 来说，,与此 L 值对应的 J 值有几个？,是一个三重态,是一个单重态,解：,所以它们合成的轨道总角动量为,即轨道总角动量,S=1，0,6，5， 4,5，4， 3,4，3， 2,3，2， 1,2，1， 0,5,4,3,2,1,按LS耦合形成的原子态的表示符号格式为,能级层数,解：第一步先求L、S，,然后求每一对L、S合成的J,最后由每一组 L S
4、J 的值确定形成的原子态,得 S=1，0；,L=3，2，1,洪特定则：,从一个电子组态按 L S 耦合形成诸能级中，,（1）那重数最高的（即 S 值最大的）能级位置最低；,（2）重数相同的能级中，那具有最大L值的位置最低。,（3）具有相同 L、S 值的能级中，按 J 值排序，,一种是 J 值小的能级低，（这种排序称为正常次序 ）,另一种是 J 值大的能级低，（这种排序称为反常次序 ）,镁,氦,求 电子组态 1s2s 形成和原子态，一、三重态谁高？,而L=0，,所以J=S，即J只有一值，也就是一个能级。,求 电子组态 1s2p 形成和原子态, 一、三重态谁高？,2、jj耦合,那么每个电子的自旋角
5、动量和轨道角动量,这种作用方式称为jj耦合。,每一组,的值确定一个原子态,表示格式为,第一个价电子的 总角动量量子数的值,第一个价电子的 总角动量量子数的值,原子的总角动量 量子数的值,例题：电子组态是ps，按jj耦合形成那些原子态。,解：,例题：电子组态是ps，按jj耦合形成那些原子态。,解：,由价电子组态可知,同理,形成的原子态为,形成的原子态为,这四个能级的关系根据理论计算得出结果如下,ps,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
6、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,这些组态的原子能级的实际情况根据观察如图158页5.7所示。,5.3 泡利不相容原理,镁、氦在基态时,3s3s,1s1s,没有,什么原因呢？,泡利不相容原理：,原子中不能有两个电子处在同一状态。,标志电子态的量子数有五个：,5.3 泡利不相容原理,镁、氦在基态时,3s3s,1s1s,没有,什么原因呢？,泡利不相容原理：,原子中不能有两个电子处在同一状态。,标志电子态的量子数有五个：,5.3 泡利不相容原理,镁、氦在基态时,3s3s,1s1s,没有,什么原因呢？
7、,泡利不相容原理：,原子中不能有两个电子处在同一状态。,标志电子态的量子数有五个：,这些量子数名称和物理意义（代表的是什么？）,代表着能量的主要部分,和 电子的运动区域大小。,代表着轨道角动量的大小，,也影响着能量。,代表着自旋角动量的大小,是磁量子数， 也叫轨道取向量子数，,代表着轨道在外场中的取向 也就是代表着角动量在z分量的值,是主量子数，,是轨道角动量量子数，,是自旋量子数，,是自旋取向量子数，,代表着自旋的取向,五个量子数不能完全相同，,至少有一个量子数是不同的,区分电子状态的量子数只有 4 个,氦的基态中，,两个1s电子，,两个电子的,相同,相同,相同,必不同,分别是,这就是说两个
8、电子的自旋必须相反。,这样,0,因此自旋总角动量的量子数 S 只能是 0 ，不能等于 1.,同科电子,两个同科电子形成的原子态比非同科的电子形成的原子态少。,5.4 复杂原子光谱的一般规律,仍然有两种极端情况，一种是按LS耦合，一种是按jj耦合。,按LS耦合：, ,L,S,L,S,L,S,按 jj 耦合：, ,J,J,J,S=0是单一态，,1是三重态。,能级的结构重数等于2S+1,原子如果只有一个价电子，, 能级是双重的,有两个价电子，,S 成为1或0,形成三重态和单一态。,有三个价电子时，,是二个电子的结构上再加一个电子,四重态和双重态,5.5辐射跃迁的普用选择定则,单电子(或单价电子)原子,一、原子的宇称,原子的状态按电子空间分布可分为两类：,奇宇称态 偶宇称态。,1s1s2s2p,1s2s3p3d,1s2p2p3d,1、跃迁只能发生在不同宇称的状态间。即,二、辐射跃迁的普用选择定则,2、如果原子的电子是LS耦合,如果原子的电子是LS耦合 ？,第五章学习要求,1、知道氦、镁原子的能级和光谱线系情况,2、知道什么是LS耦合？什么是jj耦合? 会求合角动量,3、会用LS耦合、jj耦合推知形成的原子态,4、了解洪特定则、能级的正常次序、反常次序,6、了解多电子原子态的形成和跃迁的普用法则,