原子物理第5章多电子原子知识课件知识讲稿.ppt

§5 多电子原子
复习
H原子：
类H离子：
碱金属原子：
若核(实)外有两个电子，由两个价电子跃迁而形成的光谱如何？能级如何？原子态如何？
He：Z=2
Be：Z=4=212+2
Mg：Z=12=2(12+22)+2
Ca：Z=20=2(12+22+22)+2
Sr：Z=38=2(12+22+32+22)+2
Ba：Z=56=2(12+22+32+32+22)+2
Ra：Z=88=2(12+22+32+42+32+22)+2
通过前几章的学习，我们已经知道了单电子和具有一个价电子的原子光谱及其规律，同时对形成光谱的能级作了比较详细的研究。弄清了光谱精细结构以及能级双层结构的根本原因-电子的自旋。
通过前面的学习我们知道：碱金属原子的原子模型可以描述为：原子实+一个价电子,这个价电子在原子中所处的状态,n,l,j,mj决定了碱金属的原子态 n2s+1Lj，而价电子在不同能级间的跃迁，便形成了碱金属原子的光谱。可见,价电子在碱金属原子中起了十分重要的作用，它几乎演了一场独角戏。
多电子原子是指最外层有不止一个价电子， 换句话说，舞台上不是一个演员唱独角戏，而是许多演员共演一台戏，那么这时情形如何，原子的能级和光谱是什么样的呢？这正是本章所要研究的问题。
氦原子的光谱由两套谱线构成，
一套是单层的，另一套是三层，这两套能级之间没有相互跃迁，它们各自内部的跃迁便产生了两套独立的光谱，早先人们以为有两种氦，把具有复杂结构的氦称为正氦，而产生单线光谱的称为仲氦，现在认识到只有一种氦，只是能级结构分为两套。
§ 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
3．能级和能级图的特点
1）能级分为两套，单层和三层能级间没有跃迁；氦的基态是1s1s1S0；
2）状态1s1s3S1不存在，且基态1s1s1S0和第一激发态1s1s3S1之间能差很大；
3） 所有的3S1态都是单层的；
4）1s2s1S0和1s2s3S1是氦的两个亚稳态；（不能跃迁到更低能级的状态称为亚稳态,当原子处在亚稳态时，必须将其激发到更高能，方可脱离此态回到基态）
5）一种电子态对应于多种原子态。不仅氦的能级和光谱有上述特点，人们发现，元素周期表中第二族元素

的光谱都与氦有相同的线系结构。即原子实+2个价电子。
由此可见，能级和光谱的形成都是二个价电子各种相互作用引起的.
1．单层能级之间跃迁产生一组谱线
主线系：
第一辅线系：
第二辅线系：
基线系：
2．三层能级之间的跃迁产生一组复杂结构的谱线
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
3．两套能级之间不产生跃迁
§ 角动量耦合和对He光谱的解释
电子的组态
：两个价电子处在各种状态的组合，称电子组态。
比如，氦的 两 个 电子都在1s态，那么氦的电子组态是1s1s；一个电子在1s，另一个到 2s 2p 3s 3d…,构成激发态的电子组态。对于氦,两 个 电子的主量子数n都大于1，构成高激发态，实验上不容易观测，它需要很高的能量激发。
与 能级的对应
电子组态一般表示为n1 l1 n2 l2 ；组态的主量子数和角量子数不同，会引起能量的差异，比如1s1s 与 1s2s对应的能量不同；1s2s 与1s2p对应的能量也不同。一般来说，主量子数不同，引起的能量差异会更大，主量子数相同，角量子数不同，引起的能量差异相对较小一些。
在氦的第二族元素中，考虑自旋后，在一种电子组态n1 l1n2 l2 中，两个价电子分别有各自的轨道和自旋运动，因此存在着多种相互作用，使得系统具有的能量可以有许多不同的可能值。而每一种能量的可能值都与一种原子态，即一个能