多電子原子泡利原理課件

第五章多電子原子泡利原理第五章多電子原子泡利原理1§4.1氦及周期系第二族元素

的光譜和能級(jí)

一、氦的光譜和能級(jí)一套譜線都是單線結(jié)構(gòu)，另一套譜線卻有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)

氦具有兩套能級(jí)，一套是單層的，另一套是三層的。

§4.1氦及周期系第二族元素

的光譜和能級(jí)一、氦的光譜和能21、氦的能級(jí)確實(shí)是兩套，一套是單層的，另一套是三層的。2、氦的基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)之間能量相差很大，是19.77電子伏特。1、氦的能級(jí)確實(shí)是兩套，一套是單層的，另一套是三層的。2、氦3多電子原子泡利原理課件4二、鎂的光譜和能級(jí)鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳、鋅、鎘、汞的光譜與氦有相仿的結(jié)構(gòu)

氦具有兩個(gè)電子，鎂具有12個(gè)電子，

足見產(chǎn)生光譜的是兩個(gè)價(jià)電子決定的

鎂原子其余10個(gè)電子與核構(gòu)成原子實(shí)

二、鎂的光譜和能級(jí)鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳、鋅、鎘、汞的光譜氦5多電子原子泡利原理課件6多電子原子泡利原理課件7兩個(gè)角動(dòng)量的合成規(guī)則

則他們的總角動(dòng)量為

兩個(gè)角動(dòng)量的合成規(guī)則則他們的總角動(dòng)量為8§4.2具有兩個(gè)電子的原子態(tài)一、不同的電子組態(tài)

只有一個(gè)電子的原子與只有一個(gè)價(jià)電子的原子的狀態(tài)由

一個(gè)電子或一個(gè)價(jià)電子的狀態(tài)決定

有兩個(gè)電子的原子與有兩個(gè)價(jià)電子的原子的狀態(tài)由

兩個(gè)電子或兩個(gè)價(jià)電子的狀態(tài)的組合決定

電子的狀態(tài)的組合叫電子組態(tài)§4.2具有兩個(gè)電子的原子態(tài)一、不同的電子組態(tài)只有一個(gè)電9電子的狀態(tài)的組合叫電子組態(tài)價(jià)電子的狀態(tài)的組合叫價(jià)電子組態(tài)原子的全部電子的狀態(tài)的組合叫原子的電子組態(tài)氦原子在基態(tài)時(shí)，

電子組態(tài)是1s1s

鎂原子在基態(tài)時(shí)價(jià)電子組態(tài)是3s3s

……時(shí)，價(jià)電子組態(tài)是3s3p

電子的狀態(tài)的組合叫電子組態(tài)價(jià)電子的狀態(tài)的組合叫價(jià)電子組態(tài)原子10二、不同的電子組態(tài)具有不同的能量，有時(shí)差別很大氦在第一激發(fā)態(tài)時(shí)，電子組態(tài)是1s2s

例如

基態(tài)時(shí)，電子組態(tài)是1s1s

鎂的第一激發(fā)態(tài)的價(jià)電子組態(tài)是3s3p

基態(tài)時(shí)的兩個(gè)價(jià)電子組態(tài)是3s3s

能量有差別，但不很大原因：……能量差別很大原因：……二、不同的電子組態(tài)具有不同的能量，有時(shí)差別很大氦在第一激發(fā)態(tài)11多電子原子泡利原理課件12三、同一種電子組態(tài)構(gòu)成的不同原子態(tài)

3

、3

3s3p

兩種極端的情形

四種運(yùn)動(dòng)

六種相互作用

三、同一種電子組態(tài)構(gòu)成的不同原子態(tài)3、33s3p兩種131、LS耦合那么兩個(gè)自旋

。這種作用方式稱為L(zhǎng)S耦合。

1、LS耦合那么兩個(gè)自旋。這種作用方式稱為L(zhǎng)S耦合。14S=1，0

S=1，015S=1，0

想一想：對(duì)于一個(gè)具體的L來(lái)說(shuō)，與此L值對(duì)應(yīng)的J值有幾個(gè)？是一個(gè)三重態(tài)是一個(gè)單重態(tài)S=1，0想一想：對(duì)于一個(gè)具體的L來(lái)說(shuō)，與此L值對(duì)16解：

所以它們合成的軌道總角動(dòng)量為

即軌道總角動(dòng)量

解：所以它們合成的軌道總角動(dòng)量為即軌道總角動(dòng)量17S=1，0

5432110SJ

L

6，5，4

5，4，3

4，3，2

3，2，1

2，1，0

5

4

3

2

1

S=1，05432110SJL6，5，5，4，4，3，18按LS耦合形成的原子態(tài)的表示符號(hào)格式為能級(jí)層數(shù)

總角動(dòng)量量子數(shù)

按LS耦合形成的原子態(tài)的表示符號(hào)格式為能級(jí)層數(shù)總角動(dòng)量量19解：第一步先求L、S，

然后求每一對(duì)L、S合成的J

最后由每一組LSJ的值確定形成的原子態(tài)

得S=1，0；

L=3，2，1

解：第一步先求L、S，然后求每一對(duì)L、S合成的J最后由每2032110

S態(tài)

L

32110S態(tài)L21洪特定則：

從一個(gè)電子組態(tài)按LS耦合形成諸能級(jí)中，

（1）那重?cái)?shù)最高的（即S值最大的）能級(jí)位置最低；

（2）重?cái)?shù)相同的能級(jí)中，那具有最大L值的位置最低。

（3）具有相同L、S值的能級(jí)中，按J值排序，

一種是J值小的能級(jí)低，（這種排序稱為正常次序）另一種是J值大的能級(jí)低，（這種排序稱為反常次序）鎂氦洪特定則：從一個(gè)電子組態(tài)按LS耦合形成諸能級(jí)中，（22多電子原子泡利原理課件23多電子原子泡利原理課件24求電子組態(tài)1s2s形成和原子態(tài)，一、三重態(tài)誰(shuí)高？而L=0，

所以J=S，即J只有一值，也就是一個(gè)能級(jí)。

求電子組態(tài)1s2s形成和原子態(tài)，一、三重態(tài)誰(shuí)高？而L=25求電子組態(tài)1s2p形成和原子態(tài),一、三重態(tài)誰(shuí)高？求電子組態(tài)1s2p形成和原子態(tài),一、三重態(tài)誰(shuí)高？262、jj耦合那么每個(gè)電子的自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量這種作用方式稱為jj耦合。2、jj耦合那么每個(gè)電子的自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量這種作用方式27多電子原子泡利原理課件28每一組的值確定一個(gè)原子態(tài)

表示格式為

第一個(gè)價(jià)電子的總角動(dòng)量量子數(shù)的值

第一個(gè)價(jià)電子的總角動(dòng)量量子數(shù)的值

原子的總角動(dòng)量量子數(shù)的值

每一組的值確定一個(gè)原子態(tài)表示格式為第一個(gè)價(jià)電子的第一個(gè)價(jià)29例題：電子組態(tài)是×p×s，按jj耦合形成那些原子態(tài)。

解：

例題：電子組態(tài)是×p×s，按jj耦合形成那些原子態(tài)。解：30例題：電子組態(tài)是×p×s，按jj耦合形成那些原子態(tài)。

解：

由價(jià)電子組態(tài)可知

同理

形成的原子態(tài)為

形成的原子態(tài)為

例題：電子組態(tài)是×p×s，按jj耦合形成那些原子態(tài)。解：31這四個(gè)能級(jí)的關(guān)系根據(jù)理論計(jì)算得出結(jié)果如下

ps

這四個(gè)能級(jí)的關(guān)系根據(jù)理論計(jì)算得出結(jié)果如下ps32現(xiàn)在舉例說(shuō)明哪些是LS耦合，哪些是jj耦合

碳C、硅Si、鍺Ge、錫Sn、鉛Pb

基態(tài)時(shí)的價(jià)電子的組態(tài)如下

C2p2p,Si3p3p,Ge4p4p,Sn5p5p,Pb6p6p基態(tài)的一個(gè)p電子激發(fā)到高一級(jí)的s態(tài)，就得到如下的組態(tài)

C2p3s,Si3p4s,Ge4p5s,Sn5p6s,Pb6p7s這些組態(tài)的原子能級(jí)的實(shí)際情況根據(jù)觀察如圖158頁(yè)5.7所示。

現(xiàn)在舉例說(shuō)明哪些是LS耦合，哪些是jj耦合碳C、硅Si、鍺33多電子原子泡利原理課件34§5.3泡利不相容原理

鎂、氦在基態(tài)時(shí)

3s3s

1s1s

沒(méi)有,什么原因呢？

泡利不相容原理：

原子中不能有兩個(gè)電子處在同一狀態(tài)。

標(biāo)志電子態(tài)的量子數(shù)有五個(gè)：

§5.3泡利不相容原理鎂、氦在基態(tài)時(shí)3s3s1s1s35§5.3泡利不相容原理

鎂、氦在基態(tài)時(shí)

3s3s

1s1s

沒(méi)有,什么原因呢？

泡利不相容原理：

原子中不能有兩個(gè)電子處在同一狀態(tài)。

標(biāo)志電子態(tài)的量子數(shù)有五個(gè)：

§5.3泡利不相容原理鎂、氦在基態(tài)時(shí)3s3s1s1s36§5.3泡利不相容原理

鎂、氦在基態(tài)時(shí)

3s3s

1s1s

沒(méi)有,什么原因呢？

泡利不相容原理：

原子中不能有兩個(gè)電子處在同一狀態(tài)。

標(biāo)志電子態(tài)的量子數(shù)有五個(gè)：

這些量子數(shù)名稱和物理意義（代表的是什么？）

§5.3泡利不相容原理鎂、氦在基態(tài)時(shí)3s3s1s1s37代表著能量的主要部分

和

電子的運(yùn)動(dòng)區(qū)域大小。

代表著軌道角動(dòng)量的大小，

也影響著能量。

代表著自旋角動(dòng)量的大小

是磁量子數(shù)，也叫軌道取向量子數(shù)，

代表著軌道在外場(chǎng)中的取向也就是代表著角動(dòng)量在z分量的值是主量子數(shù)，

是軌道角動(dòng)量量子數(shù)，是自旋量子數(shù)，是自旋取向量子數(shù)，

代表著自旋的取向

五個(gè)量子數(shù)不能完全相同，

至少有一個(gè)量子數(shù)是不同的

區(qū)分電子狀態(tài)的量子數(shù)只有

4

個(gè)

代表著能量的主要部分和電子的運(yùn)動(dòng)區(qū)域大小。代表著軌道角38氦的基態(tài)中，

兩個(gè)1s電子，

兩個(gè)電子的相同相同相同必不同分別是

這就是說(shuō)兩個(gè)電子的自旋必須相反。

這樣0

因此自旋總角動(dòng)量的量子數(shù)S只能是0，不能等于1.

氦的基態(tài)中，兩個(gè)1s電子，兩個(gè)電子的相同相同相同必不同分39多電子原子泡利原理課件40同科電子

兩個(gè)同科電子形成的原子態(tài)比非同科的電子形成的原子態(tài)少。同科電子兩個(gè)同科電子形成的原子態(tài)比非同科的電子形成的原子態(tài)41§5.4復(fù)雜原子光譜的一般規(guī)律

仍然有兩種極端情況，一種是按LS耦合，一種是按jj耦合。

§5.4復(fù)雜原子光譜的一般規(guī)律仍然有兩種極端情況，一種是42按LS耦合：

①②③④……

LSLSLS按LS耦合：①②③43按jj耦合：

①②③④……

JJJ按jj耦合：①②③44S=0是單一態(tài)，

1是三重態(tài)。

能級(jí)的結(jié)構(gòu)重?cái)?shù)等于2S+1

原子如果只有一個(gè)價(jià)電子，

,能級(jí)是雙重的

有兩個(gè)價(jià)電子，

S成為1或0

形成三重態(tài)和單一態(tài)。

有三個(gè)價(jià)電子時(shí)，

是二個(gè)電子的結(jié)構(gòu)上再加一個(gè)電子

四重態(tài)和雙重態(tài)

S=0是單一態(tài)，1是三重態(tài)。能級(jí)的結(jié)構(gòu)重?cái)?shù)等于2S+145§5.5輻射躍遷的普用選擇定則

單電子(或單價(jià)電子)原子

一、原子的宇稱

原子的狀態(tài)按電子空間分布可分為兩類：奇宇稱態(tài)偶宇稱態(tài)。1s1s2s2p1s2s3p3d1s2p2p3d§5.5輻射躍遷的普用選擇定則單電子(或單價(jià)電子)原子一461、躍遷只能發(fā)生在不同宇稱的狀態(tài)間。即

二、輻射躍遷的普用選擇定則

2、如果原子的電子是LS耦合

如果原子的電子是LS耦合？1、躍遷只能發(fā)生在不同宇稱的狀態(tài)間。即二、輻射躍遷的普用選47第五章學(xué)習(xí)要求

1、知道氦、鎂原子的能級(jí)和光譜線系情況

2、知道什么是LS耦合？什么是jj耦合?會(huì)求合角動(dòng)量

3、會(huì)用LS耦合、jj耦合推知形成的原子態(tài)

4、了解洪特定則、能級(jí)的正常次序、反常次序

6、了解多電子原子態(tài)的形成和躍遷的普用法則

第五章學(xué)習(xí)要求1、知道氦、鎂原子的能級(jí)和光譜線系情況2、48第五章多電子原子泡利原理第五章多電子原子泡利原理49§4.1氦及周期系第二族元素

的光譜和能級(jí)

一、氦的光譜和能級(jí)一套譜線都是單線結(jié)構(gòu)，另一套譜線卻有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)

氦具有兩套能級(jí)，一套是單層的，另一套是三層的。

§4.1氦及周期系第二族元素

的光譜和能級(jí)一、氦的光譜和能501、氦的能級(jí)確實(shí)是兩套，一套是單層的，另一套是三層的。2、氦的基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)之間能量相差很大，是19.77電子伏特。1、氦的能級(jí)確實(shí)是兩套，一套是單層的，另一套是三層的。2、氦51多電子原子泡利原理課件52二、鎂的光譜和能級(jí)鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳、鋅、鎘、汞的光譜與氦有相仿的結(jié)構(gòu)

氦具有兩個(gè)電子，鎂具有12個(gè)電子，

足見產(chǎn)生光譜的是兩個(gè)價(jià)電子決定的

鎂原子其余10個(gè)電子與核構(gòu)成原子實(shí)

二、鎂的光譜和能級(jí)鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳、鋅、鎘、汞的光譜氦53多電子原子泡利原理課件54多電子原子泡利原理課件55兩個(gè)角動(dòng)量的合成規(guī)則

則他們的總角動(dòng)量為

兩個(gè)角動(dòng)量的合成規(guī)則則他們的總角動(dòng)量為56§4.2具有兩個(gè)電子的原子態(tài)一、不同的電子組態(tài)

只有一個(gè)電子的原子與只有一個(gè)價(jià)電子的原子的狀態(tài)由

一個(gè)電子或一個(gè)價(jià)電子的狀態(tài)決定

有兩個(gè)電子的原子與有兩個(gè)價(jià)電子的原子的狀態(tài)由

兩個(gè)電子或兩個(gè)價(jià)電子的狀態(tài)的組合決定

電子的狀態(tài)的組合叫電子組態(tài)§4.2具有兩個(gè)電子的原子態(tài)一、不同的電子組態(tài)只有一個(gè)電57電子的狀態(tài)的組合叫電子組態(tài)價(jià)電子的狀態(tài)的組合叫價(jià)電子組態(tài)原子的全部電子的狀態(tài)的組合叫原子的電子組態(tài)氦原子在基態(tài)時(shí)，

電子組態(tài)是1s1s

鎂原子在基態(tài)時(shí)價(jià)電子組態(tài)是3s3s

……時(shí)，價(jià)電子組態(tài)是3s3p

電子的狀態(tài)的組合叫電子組態(tài)價(jià)電子的狀態(tài)的組合叫價(jià)電子組態(tài)原子58二、不同的電子組態(tài)具有不同的能量，有時(shí)差別很大氦在第一激發(fā)態(tài)時(shí)，電子組態(tài)是1s2s

例如

基態(tài)時(shí)，電子組態(tài)是1s1s

鎂的第一激發(fā)態(tài)的價(jià)電子組態(tài)是3s3p

基態(tài)時(shí)的兩個(gè)價(jià)電子組態(tài)是3s3s

能量有差別，但不很大原因：……能量差別很大原因：……二、不同的電子組態(tài)具有不同的能量，有時(shí)差別很大氦在第一激發(fā)態(tài)59多電子原子泡利原理課件60三、同一種電子組態(tài)構(gòu)成的不同原子態(tài)

3

、3

3s3p

兩種極端的情形

四種運(yùn)動(dòng)

六種相互作用

三、同一種電子組態(tài)構(gòu)成的不同原子態(tài)3、33s3p兩種611、LS耦合那么兩個(gè)自旋

。這種作用方式稱為L(zhǎng)S耦合。

1、LS耦合那么兩個(gè)自旋。這種作用方式稱為L(zhǎng)S耦合。62S=1，0

S=1，063S=1，0

想一想：對(duì)于一個(gè)具體的L來(lái)說(shuō)，與此L值對(duì)應(yīng)的J值有幾個(gè)？是一個(gè)三重態(tài)是一個(gè)單重態(tài)S=1，0想一想：對(duì)于一個(gè)具體的L來(lái)說(shuō)，與此L值對(duì)64解：

所以它們合成的軌道總角動(dòng)量為

即軌道總角動(dòng)量

解：所以它們合成的軌道總角動(dòng)量為即軌道總角動(dòng)量65S=1，0

5432110SJ

L

6，5，4

5，4，3

4，3，2

3，2，1

2，1，0

5

4

3

2

1

S=1，05432110SJL6，5，5，4，4，3，66按LS耦合形成的原子態(tài)的表示符號(hào)格式為能級(jí)層數(shù)

總角動(dòng)量量子數(shù)

按LS耦合形成的原子態(tài)的表示符號(hào)格式為能級(jí)層數(shù)總角動(dòng)量量67解：第一步先求L、S，

然后求每一對(duì)L、S合成的J

最后由每一組LSJ的值確定形成的原子態(tài)

得S=1，0；

L=3，2，1

解：第一步先求L、S，然后求每一對(duì)L、S合成的J最后由每6832110

S態(tài)

L

32110S態(tài)L69洪特定則：

從一個(gè)電子組態(tài)按LS耦合形成諸能級(jí)中，

（1）那重?cái)?shù)最高的（即S值最大的）能級(jí)位置最低；

（2）重?cái)?shù)相同的能級(jí)中，那具有最大L值的位置最低。

（3）具有相同L、S值的能級(jí)中，按J值排序，

一種是J值小的能級(jí)低，（這種排序稱為正常次序）另一種是J值大的能級(jí)低，（這種排序稱為反常次序）鎂氦洪特定則：從一個(gè)電子組態(tài)按LS耦合形成諸能級(jí)中，（70多電子原子泡利原理課件71多電子原子泡利原理課件72求電子組態(tài)1s2s形成和原子態(tài)，一、三重態(tài)誰(shuí)高？而L=0，

所以J=S，即J只有一值，也就是一個(gè)能級(jí)。

求電子組態(tài)1s2s形成和原子態(tài)，一、三重態(tài)誰(shuí)高？而L=73求電子組態(tài)1s2p形成和原子態(tài),一、三重態(tài)誰(shuí)高？求電子組態(tài)1s2p形成和原子態(tài),一、三重態(tài)誰(shuí)高？742、jj耦合那么每個(gè)電子的自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量這種作用方式稱為jj耦合。2、jj耦合那么每個(gè)電子的自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量這種作用方式75多電子原子泡利原理課件76每一組的值確定一個(gè)原子態(tài)

表示格式為

第一個(gè)價(jià)電子的總角動(dòng)量量子數(shù)的值

第一個(gè)價(jià)電子的總角動(dòng)量量子數(shù)的值

原子的總角動(dòng)量量子數(shù)的值

每一組的值確定一個(gè)原子態(tài)表示格式為第一個(gè)價(jià)電子的第一個(gè)價(jià)77例題：電子組態(tài)是×p×s，按jj耦合形成那些原子態(tài)。

解：

例題：電子組態(tài)是×p×s，按jj耦合形成那些原子態(tài)。解：78例題：電子組態(tài)是×p×s，按jj耦合形成那些原子態(tài)。

解：

由價(jià)電子組態(tài)可知

同理

形成的原子態(tài)為

形成的原子態(tài)為

例題：電子組態(tài)是×p×s，按jj耦合形成那些原子態(tài)。解：79這四個(gè)能級(jí)的關(guān)系根據(jù)理論計(jì)算得出結(jié)果如下

ps

這四個(gè)能級(jí)的關(guān)系根據(jù)理論計(jì)算得出結(jié)果如下ps80現(xiàn)在舉例說(shuō)明哪些是LS耦合，哪些是jj耦合

碳C、硅Si、鍺Ge、錫Sn、鉛Pb

基態(tài)時(shí)的價(jià)電子的組態(tài)如下

C2p2p,Si3p3p,Ge4p4p,Sn5p5p,Pb6p6p基態(tài)的一個(gè)p電子激發(fā)到高一級(jí)的s態(tài)，就得到如下的組態(tài)

C2p3s,Si3p4s,Ge4p5s,Sn5p6s,Pb6p7s這些組態(tài)的原子能級(jí)的實(shí)際情況根據(jù)觀察如圖158頁(yè)5.7所示。

現(xiàn)在舉例說(shuō)明哪些是LS耦合，哪些是jj耦合碳C、硅Si、鍺81多電子原子泡利原理課件82§5.3泡利不相容原理

鎂、氦在基態(tài)時(shí)

3s3s

1s1s

沒(méi)有,什么原因呢？

泡利不相容原理：

原子中不能有兩個(gè)電子處在同一狀態(tài)。

標(biāo)志電子態(tài)的量子數(shù)有五個(gè)：

§5.3泡利不相容原理鎂、氦在基態(tài)時(shí)3s3s1s1s83§5.3泡利不相容原理

鎂、氦在基態(tài)時(shí)

3s3s

1s1s

沒(méi)有,什么原因呢？

泡利不相容原理：

原子中不能有兩個(gè)電子處在同一狀態(tài)。

標(biāo)志電子態(tài)的量子數(shù)有五個(gè)：

§5.3泡利不相容原理鎂、氦在基態(tài)時(shí)3s3s1s1s84§5.3泡利不相容原理

鎂、氦在基態(tài)時(shí)

3s3s

1s1s

沒(méi)有,什么原因呢？

泡利不相容原理：

原子中不能有兩個(gè)電子處在同一狀態(tài)。

標(biāo)志電子態(tài)的量子數(shù)有五個(gè)：

這些量子數(shù)名稱和物理意義（代表的是什么？）

§5.3泡利不相容原理鎂、氦在基態(tài)時(shí)3s3s1s1s85代表著能量的主要部分

和

電子的運(yùn)動(dòng)區(qū)域大小。

代表著軌道角動(dòng)量的大小，

也影響著能量。

代表著自旋角動(dòng)量的大小

是磁量子數(shù)，也叫軌道取向量子數(shù)，

代表著軌道在外場(chǎng)中的取向也就是代表著角動(dòng)量在z分量的值是主量子數(shù)，

是軌道角動(dòng)量量子數(shù)，是自旋量子數(shù)，是自旋取向量子數(shù)，

代表著自旋的取向

五個(gè)量子數(shù)不能完全相同，

至少有一個(gè)量子數(shù)是不同的

區(qū)分電子狀態(tài)的量子數(shù)只有

4

個(gè)

代表著能量的主要部分和電子的運(yùn)動(dòng)區(qū)域大小。代表著軌道角86氦的基態(tài)中，

兩個(gè)1s電子，

兩個(gè)電子的相同相同相同必不同分別是

這就是說(shuō)兩個(gè)電子的自旋必須相反。

這樣0

因此自旋總角動(dòng)量的量子數(shù)S只能是0，不能等于1.

氦的基態(tài)中，兩個(gè)1s電子，兩個(gè)電子的相同相同相同必不同分87多電子原