《原子能级和量子跃迁》 市赛获奖

原子能级和量子跃迁原子的量子能级和能级图太阳光暗线（一）基本原理

原子吸收光谱的产生

当有辐射通过自由原子蒸气，且入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般情况下都是第一激发态）所需要的能量频率时，原子就要从辐射场中吸收能量，产生共振吸收，电子由基态跃迁到激发态，同时伴随着原子吸收光谱的产生。（1）核外电子的运动状态

原子外层有一个电子时：原子核外电子的运动状态可由四个量子数来描述：主量子数

n；角量子数

l；磁量子数m；自旋量子数s；原子外层有多个电子时：由于核外电子之间存在着相互作用，其运动状态用主量子数

n；总轨道角量子数L；总自旋量子数S；内量子数J

描述；发生跃迁的电子一般为价电子。（2）光谱项

原子的能量状态要用以主量子数n

、总轨道角量子数L、总自旋量子数S、内量子数J为参数的光谱项或光谱支项来表征。主量子数n决定电子的能量和电子离核的远近。总轨道角量子数L其数值为外层价电子角量子数l的矢量和，即L=li总自旋量子数S：自旋与自旋之间的作用也较强的，多个价电子总自旋量子数是单个价电子自旋量子数ms的矢量和。S=ms,Ims=±1/2内量子数J：

内量子数J取决于总角量子数L和总自旋量子数S相耦合得到的原子总角动量的量子数，可取以下数值：

J=(L+S)，(L+S－1)，······，(L

－S)（二）原子能级和能级图原子能级用光谱项来表征例：钠原子基态

32S1/2n2S+1LJn：主量子数光谱项符号：

L：总角量子数，表示外层价电子的轨道形状，其数值为外层价电子角量子数l

的矢量和，即L=Σli如两个价电子耦合，L的取值为:L=l1+l2,(l1+l2-1)，(l1+l2-2)，…，︱l1-l2︱

L的取值范围：

0,1,2,3,…相应的符号为：S,P,D,F，…S：总自旋。其值为个别价电子自旋s(其值为)的矢量和。当电子数为偶数时，

S

取零或正整数0，1，…

当电子数为奇数时，

S

取正的半整数1/2，3/2,…J：内量子数。其值为各个价电子组合得到的总角量子数

L与总自旋S的矢量和。

若L≥S，则J有(2S+1)个值；

若L＜S，则J有(2L+1)个值。J的取值范围：L+S,(L+S–1),(L+S–2),…,L-S

J的取值个数：例：根据原子的电子构型求光谱项。1.钠原子基态和第一激发态。解：(1)钠原子基态

(1s)2(2s)2(2p)6(3s)1

原子实：包括原子核和其它全充满支壳层（闭合壳层）中的电子。

光学电子：填充在未充满支壳层中的电子。

钠原子基态：(3s)1n=3L=l=0S=1/2(2S+1)=2J=1/2光谱项符号：32S1/2(2)钠原子的第一激发态：(3p)1

n=3光谱支项：32P1/2和32P3/2由于轨道运动和自旋运动的相互作用,这两个光谱支项代表两个能量有微小差异的能级状态。L=l=1S=1/2(2S+1)=2J=3/2，1/2光谱项：32P谱线多重性符号：2S+1钠原子由第一激发态向基态跃迁发射两条谱线第一激发态光谱支项：32P1/2和32P3/2基态光谱项：32S1/2589.593nm

，588.996nm（三）能级图

钠原子的能级图

把原子中所有可能存在状态的光谱项—能级及能级跃迁用图解的形式表示出来，称为能级图。通常用纵坐标表示能量E，基态原子的能量E=0，以横坐标表示实际存在的光谱项。

可以产生的跃迁用线连接；线系：由各种高能级跃迁到同一低能级时发射的一系列光谱线；钠D双线：

5889.96Å

32S1/2--32P3/2

5895.93Å32S1/2---32P1/2