多电子原子∶泡利原理.doc

第五章多电子原子:泡利原理
基本要求:
掌握电子组态的描述,L-S耦合和j-j耦合法则。
掌握泡利不相容原理的叙述,懂得写出同科电子合成的原子状态。
3、初步掌握原子结构和元素性质周期变化之间的内在联系。掌握周期表中原子内层电子分布的一般规律。
重点和难点:
1、多电子原子的能级、洪特定则和朗德间隔定则;
2、多电子原子跃迁的选择定则;
3、泡利原理、能量最低原理;
4、元素的基态原子态的确定。
教学方案如下
在以前几章中我们讨论了单电子原子体系和具有一个价电子的碱金属原子的光谱,从而获得这些原子能级的情况,并通过电子自旋说明了怎样出现双层结构。从那些讨论,我们对最简单原子的内部状况已有了一个扼要的了解。这些知识也是进一步研究较复杂原子结构的基础,本章将讨论具有两个价电子的原子,其中最重要的内容是泡利原理,同时对三个和三个以上价电子的原子作概括性的论述。
§24 氦的光谱和能级
最简单的多电子原子是氦原子。所以我们研究多电子原子时首先讨论的就是氦原子。
一、氦原子的实验光谱结构
实验的观察发现氦及周期系第二族元素如铍、镁、钙、锶、钡、镭、锌、镉、***的光谱有相仿的结构,具有两套谱线系。两套谱线系之间的区别很大,有一套是单线,另一套较复杂。从这些元素的光谱,可以推得它们的能级都分成两套,一套是单层的,另一套具有三层结构。下面我们具体地讨论氦原子的光谱和能级特点。
氦的光谱与碱金属光谱一样,存在一系列的谱线系,如图,因此可借鉴碱金属光谱的分析方法来分析氦原子光谱。因为具有两套线系,即两个主线系,两个第一辅线系,两个第二辅线系等,之间没有多大联系,并且差别较大,科学家在早期便以为是两种氦原子的光谱。简单的是仲氦,复杂的是正氦。现在知道并不是两种氦原子,而是分为两套能级。
二、氦原子的能级结构
。如图,左边是单层,能级对应的总自旋量子数等于0,导致重数为1,所以叫单能级;右边是三层,能级的重数为3。这两套能级之间不发生跃迁。
。如21S0、23S1。具有相对稳定性并能存在较长时间的一种激发态或受激态。原子、分子、原子核都具有这种受激态。从亚稳态跃迁到较低的能态,就发射光于,但受选择定则约束(可能不能跃迁,或跃迁几率很小)。
(),氦的基态与第一激发态的能量差别很大。。电离能在所有元素中最大,。。如果要使氦原子的两个电子逐一电离,需要多大的能量?作业****题5-1。
(1s)2对应的能级。因为原子的任一个能级均由电子的状态决定,氦原子的两个电子的分布不同引起不同的能级。当都在1s轨道上时,组成的态是单层能级。其它能级态都是当一个电子在1s,另一个在激发态的情形。两个电子都处在激发态较困难。
,三重态的能级总低于单一态的能级。比如1s2s电子组态对应的3S能级低于1S能级(:胶片图5-1 氦能级的标记)。
§25 两个电子的耦合
下面我们对具有两个价电子的原子作一般的讨论,并说明这类原子能级的形成和光谱的产生。首先来学****两个电子的耦合以及它所形成的原子态。
一、电子组态的表示
一个原子内部的所有电子所处的状态的结合叫电子组态。比如锂原子的电子组态为1s1s2s。由于原子中的原子实是一个完整的结构,其总角动量和磁矩等于零,不影响原子态的形成,所以可以不考虑原子实的电子状态,而直接用原子的价电子的组态来代表原子的电子组态。因此基态锂、镁原子的电子组态分别记为2s、3s3s,第一激发态的镁原子电子组态为3s3p。每一种电子组态都对应相应的原子态,比如氢原子,电子组态为1s时的原子态为2S1/2,当电子组态中不止一个电子而是两个以上时,由于电子的相互作用而形成不同的原子态,所以对于一种电子组态,原子态的种数不止一个,那么这些电子组态是怎样作用而形成原子态呢?
二、一种电子组态构成不同的原子态

现在我们先考虑两个电子组态的情形。描述电子状态最重要的两个运动是轨道和自旋运动,对应的量子数记为l1、s1、l2、s2。要知道这两个电子在一起后构成的原子态,就必须知道它们是怎样在一起的或怎样发生作用而形成描述整个体系的量子数。这四种运动可以通过交叉作用而形成六种作用效果,分别标记为G1(s1s2)、G2(l1l2)、G3(l1s1)、G4(l2s2)、G5(l1s2)、G6(l2s1),所代表的意义如图5-2 两个电子的轨道和自旋的六种作用形式所示。
G1
G2
G4
G3
G5
G6
图5-2 两个电子的轨道和自旋的六种作用形式
作用方式
作用强度
G1 G2 G3 G4 G5