多電子原子課件

He：Z=2Be：Z=4=212+2Mg：Z=12=2(12+22)+2Ca：Z=20=2(12+22+22)+2Sr：Z=38=2(12+22+32+22)+2Ba：Z=56=2(12+22+32+32+22)+2Ra：Z=88=2(12+22+32+42+32+22)+2第五章多電子原子1.兩套光譜線系，兩套能級5.1氦及堿土金屬原子的光譜和能級堿土金屬：Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra,Zn,Ge,Hg,兩個活躍的價電子一.He原子光譜和能級He及堿土金屬原子光譜具有相仿的結構，具有原子光譜的一般特征，如：線狀，譜線系。但也有特殊性。兩套光譜線系都分別有類似堿金屬原子光譜的主線系，一輔系，二輔系，柏格曼系等。氦原子能級圖2.兩套能級間不產生躍遷3.不存在態(tài)4.存在兩個亞穩(wěn)態(tài)5.電子組態(tài)相同的，三重態(tài)能級總低于單一態(tài)相應的能級；三重能級結構中，同一值的三個能級，值大的能級低（倒轉次序）這五個特點包含著五個物理概念。二.Mg原子光譜和能級Mg原子光譜和能級結構與He原子相似，也有差異。氦原子基態(tài):1s1s激發(fā)態(tài):1s2s，1s2p，1s3s，1s3p，……鎂原子基態(tài):激發(fā)態(tài):電子組態(tài)僅反映了電子軌道運動的特征（庫侖相互作用）；對同一電子組態(tài)，即使庫侖相互作用相同，但由于自旋-軌道相互作用的不同，具有不同的總角動量，所以會產生不同能量的原子狀態(tài)。2.兩個電子間自旋-軌道相互作用的方式自旋-自旋相互作用軌道-軌道相互作用自旋-軌道相互作用兩種極端情形：L-S耦合j-j耦合電子1電子2二、L-S耦合1.耦合方式LS耦合的矢量圖

時，時，如則如則2.LS耦合下的原子態(tài)符號表示:例:ps電子組態(tài)形成的原子態(tài)當當例題：求3p4p電子組態(tài)形成的原子態(tài)S=1,0；L=2,1,0L=012S=0(1S0)1P1(1D2)S=13S1(3P2,1,0)3D3,2,13.LS耦合下的洪特規(guī)則每個原子態(tài)對應一定的能級。由多電子組態(tài)形成的原子態(tài)對應的能級結構順序有兩條規(guī)律可循：洪特定則：1.從同一電子組態(tài)形成的諸能級中，（1）那重數最高的，亦即S值最大的能級位置最低；（2）具有相同S值的能級中那些具有最大L值的位置最低。

2.對于同科電子，即同nl，不同J值的諸能級順序是：當同科電子數≤閉殼層電子占有數一半時，以最小J值（|L－S|）的能級為最低，稱正常序。同科電子數>閉層占有數的一半時，以最大J（＝L+S）的能級為最低，稱倒轉序。5.LS耦合模型對He,Mg能級的理解He能級三.j-j耦合1.耦合方式量子數：2.j-j耦合下原子態(tài)標記例題:電子組態(tài)nsnp，在j-j耦合情況下，求可能的原子態(tài)。j2=1/2(1/2,1/2)1,0,(3/2,1/2)2,1j1=1/2,3/2電子組態(tài)nsnp：s1=1/2,l1=1s2=1/2,l2=0；所以j1=1/2,3/2,j2=1/2。與LS耦合下的原子態(tài)數和總角動量J相同四.兩種耦合模型的比較原子能級的類型實質上是幾個相互作用強弱不同的表現。LS耦合對于原子的基態(tài)和輕原子的低激發(fā)態(tài)成立，適用范圍較廣；j-j耦合一般出現在高激發(fā)態(tài)和較重的原子中。例：He原子1s1s電子組態(tài)不能形成原子態(tài)。因此，兩個電子的不能再相同，即兩電子的自旋取向必須相反，總自旋S只能為0.只能形成電子組態(tài)1sns(n≠1)可以形成二個原子態(tài)：同理，nsns也只形成一個原子態(tài)：三.同科電子（等效電子）形成的原子態(tài)n，l相同的電子稱同科電子，或等效電子。同科電子由于全同粒子的不可區(qū)分和不相容原理限制，由同科電子L-S耦合的原子態(tài)少于非同科電子組態(tài)原子態(tài)。例：兩個同科p電子形成的原子態(tài)。15種組合按開列：非同科兩p電子形成的原子態(tài)為：對于一個給定的支殼層l，可有(2l+1)個不同的ml，而對應每一個ml，又有2個不同的ms，故(n,l)支殼層中所包含的量子態(tài)數為2(2l+1)，也就可以容納:在一個主量子數為n的殼層中，有l(wèi)=0、1、2、…、(n-1)共n個支殼層，故該殼層中所包含的量子態(tài)數為:5.4復雜原子光譜的一般規(guī)律一、光譜和能級的位移律：

實驗觀察到：具有原子序數Z的中性原子的光譜和能級，同具有原子序數Z+1的原子一次電離后的離子的光譜和能級結構相似。例如：H同He+,He同Li+二、多重性的交替律:按周期表順序的元素，交替的具有偶數或奇數的多重態(tài)。單個電子，S=1/2,雙重；兩個電子s=1,0,單一，三重；三個電子，S=1+1/2=3/2,s=1-1/2=1/2;雙重，四重；四個電子？3.洪特定則和朗德間隔定則對多電子原子也適用。能級次序：大于次殼層滿額半數的電子構成的能級一般具有倒轉次序（J值大的能級低）；小于滿額半數的電子構成的能級一般具有正常次序（J值小的能級低）。例：(z-1)的原子基態(tài)是，z的基態(tài)比它多一個d電子，求z的基態(tài)。4.jj耦合也對多電子原子適用。原子態(tài)也可按周期表順序前一個原子加一個電子來推求。5.5輻射躍遷的選擇定則一.首先，躍遷只能發(fā)生在不同宇稱的原子態(tài)間（Laporte定則）宇稱：描述微觀粒子對坐標原點空間反演對稱性質的物理量。偶性態(tài)（=偶數）奇性態(tài)（=奇數）推論：同一電子組態(tài)形成的諸原子態(tài)間不發(fā)生躍遷。相應的原子態(tài)與的原子態(tài)間不發(fā)生電偶極躍遷。但與的原子態(tài)間可能發(fā)生躍遷。二.其次，看具體的選擇定則(電偶極型輻射)

j-j耦合躍遷選擇定則:L-S耦合躍遷選擇定則:（00除外）對He，Mg光譜的解釋。

（00除外）或對換

例：鈹4Be基態(tài)電子組態(tài)：1s22s2形成1S0

激發(fā)態(tài)電子組態(tài)：2s3p形成

1P1，3P2，1，0間的躍遷

2s3p1P12s21S0對應的能級圖如圖所示3P23P13P0右圖是L-S耦合總能級和躍遷光譜圖2s3p2s2p

1S01P13P2,1,03S13P2,1,02s3s2s2p2s2

1S02s3s1P12s3p中間還有2s2p和2s3s形成的能級，2s2p形成

1P1，3P2，1，0；2s3s形成

1S0，3S11.光吸收5.6激光器簡介一.幾個基本概念

原子吸收外來光子能量,并從低能級躍遷到高能級,且,這個過程稱為光吸收.

2自發(fā)輻射

原子在沒有外界干預的情況下,電子會由處于激發(fā)態(tài)的高能級自動躍遷到低能級,這種躍遷稱為自發(fā)躍遷.由自發(fā)躍遷而引起的光輻射稱為自發(fā)輻射.3受激輻射原子中處于高能級的電子,會在外來光子(其頻率恰好滿足)的誘發(fā)下向低能級躍遷,并發(fā)出與外來光子一樣特征的光子,這叫受激輻射.由受激輻射得到的放大了的光是相干光,稱之為激光.LightAmplicationbyStimulatedEmissionofRadiation1、粒子數反轉和光放大2、工作物質(含有亞穩(wěn)態(tài)能級)

3、光學諧振腔

二.激光產生的物理基礎與條件粒子數的正常分布.....。。。。。。。。。。。。。粒子數反轉分布...............。。。。。三、氦氖氣體激光器

氦-氖激光