氦的光谱和能级5.具有两个价电子的原子态ppt课件

.,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587.6nm(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(12),比G3(s11),G4(s22),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=5，4，3，2，1,.,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LS时,每一对L和S共有2S+1个J值;当LS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：（1）考虑nsnp电子组态的L-S耦合可能导致的原子态2s1Lj，按照L-S耦合规则：总自旋量子数取S1，0两个值；总轨道量子数取L101；又由JSL，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nsnp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2s1Lj，按照L-S耦合规则：总自旋量子数取S1，0两个值；总轨道量子数取L2,1,0,3p4pL-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=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（|LS|）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LS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,1s3d31D2,1s3p31P1,1s3s31S0,1s2p21P1,1s2s21S0,1s1s11S0,3D1,2,3,3P0,1,2,3S1,3P0,1,2,3S1,3S1,.,.,3、光谱线系,三重线系主线系,n=2,3,n=2,3n=3,4n=3,4n-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，