2022-2023学年高二物理竞赛课件：多电子原子

多电子原子 2023/7/30 2 多电子原子 氦及第二族元素的光谱和能级 具有两个价电子的原子态（能级） 泡利原理与同科电子 复杂原子光谱的一般规律 辐射跃迁的普用选择定则 He原子的光谱和能级 一、光谱 分成主线系、第一辅线系、第二辅线系等，每个线系有两套谱线。 二、能级 He原子的能级也分为两套，一套是单层的，一套是三层的。 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跃迁产生的；根据氦光谱的上述特点，不难推 单层结构: 1S,1P,1D,1F ----仲氦 测，其能级也分为两套： 三层结构: 3S ,3P,3D,3F-----正氦 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 2023/7/30 5 能级的特点： 1）二套光谱对应有二套能级：单重态能级与三重态能级 左边为单重态能级： 1S0、1P1、1D2、1F3等，单重态能级之间跃迁导致单线结构光谱； 右边为三重态能级： 3S1、3P0,1,2、3D1,2,3、3F2,3,4等，三重态能级之 间跃迁导致多线复杂结构光谱。 a) 单层能级之间跃迁产生一组单线结构谱线 主线系： 第一辅线系： 第二辅线系： 基线系： 2023/7/30 6 b) 三层能级之间的跃迁产生一组多线复杂结构的谱线 主线系： 三个成份 第一辅线系： 六个成份 第二辅线系： 三个成份 基线系： 六个成份 2) 存在二个亚稳态：23S1，21S0，不能向基态跃迁。 基态11S0与第一激发态23S1能量差为19.77eV， 电离能24.58eV。 2023/7/30 7 镁原子的能级和光谱结构 与氦原子的情况基本相同， 例如都两套能级和两套光 谱（线系），单层能级和 多层能级之间都不互相跃 迁等等，这反映都是两电 子体系产生的。但同时它 们之间还有差异，例如基 态的不同，亚稳态的不同， 电离能和第一激发能的不 同，三层能级中j大E大(Mg)j大E小(He)等，这反映两 种原子的结构有相似的地方(两个价电子)而同时也存 在着差异(原子实(核))。下面对上述结果进行解释。 二、镁原子的能级和光谱： 2023/7/30 8 §5.2 具有两个价电子的原子态（能级） 、二价原子能级（包括氦原子）结构 1、E总=E价电子，因为其它电子是满壳层的(原子实)， 原子在发光时这些电子总能是不变的。 2、E价电子=En1l1+En2l2+ΔE12 En1l1: 处n1l1轨道的第一个电子单独与核或原子实 的相互作用能，与碱原子情况类似； En2l2: 处n2l2轨道的第二个电子单独与核或原子实 的相互作用能； ΔE12 是二个电子相互耦合（作用）能。 En1l1+En2l2是E价电子中的主项，决定粗能级，所以粗 能级可以用（n1l1 n2l2）来表示，称作电子组态。 ΔE12是能量的小项，与原子的精细能级相联系。 2023/7/30 9 3、能级主项—电子组态高低排列 只考虑单电子跃迁，电子组态(n1l1 n2l2)中n1l1不变， 仅n2l2变化。一般n2大能级高；同n2下，l2大能级高。 电子组态排列顺序为：从低到高排列：1s1s，1s2s, 1s2p,1s3s,1s3p,1s3d,1s4s,1s4p,1s4d,1s4f,… 4、同一电子组态下精细能级的个数与排列 电子组态的二种相互耦合方式：LS耦合与jj耦合 ΔE12含有六种耦合： (l1,l2), (s1,s2), (l1,s1),(l2,s2), (l1,s2), (l2,s1) 一般来说（l1,s2）, （l2,s1）较小，可以忽略。 一般来说， 、 比较弱，可以忽略。 当 、 >> 、 时，  L-S耦合 1、L-S耦合 当 时， 共 个 当 时， 共 个 ········ ········ 例：原子中有两个电子，当它们处于3p4d态时，原子有哪些可能的状态。 洪特定则：从同一电子组态形成的能级中（1）重数最高即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，那具有最大L值的位置最低。对于L、S都相同但J不同的各原子态，分二种情况： 正常次序，J大能级高；倒转次序，J大能级低。 $$