1、元 素 周 期 表,5.1 氦及周期系第二族元素的光谱和能级,氦及第二族元素的能级都分成两套，一套是单层的，另一套是三层的；各自形成两套光谱。,氦的光谱和能级,1. 氦在基态时，两个价电子都处于最低的 1s 1s 态.,3. 三层能级中无（1s）2 的能级。,除基态, 所有的能级均为一个电子在1s，另一电子激发到其他态形成。,氦原子能级图,能级前数字是被激发电子的n值,各能级前的数字是被激发电子的n 值,镁 原子 能 级 图,5.2 具有两个价电子的原子态,1. 不同的电子组态,原子实总角动量为零，总磁矩为零。,电子组态：原子中的两个价电子可以处在各种状态，形成不同的电子组态。,（1）组态不同
2、，能量不同。,（2）能级图中，除基态外，所有的能级都是一个电子留在最低态，另一电子被激发所形成。,2. 一种电子组态构成的不同原子态,两个电子自旋和轨道四种运动的相互作用,四个量子数,六种相互作用,强于,（弱，一般不考虑）,六种相互作用强弱不同，在各原子中情况也不同。,总轨道角动量,总角动量,每个电子自旋角动量,具有两个价电子的原子,单一态,三重态,例 求一个 p 电子和一个 d 电子可能形成的电子态。,朗德间隔定则,LS 耦合能级分裂,同一 L 值中，不同 J 值的能级次序取决于 和 的具体情况，有时 也有影响。,例 求1s2s 组态。,例 求1s2p 组态。,j j 耦合,j j 耦合表示
3、每个电子自身的自旋与轨道耦合作用比较强，不同电子之间的耦合作用比较弱。,强于,总角动量,每个电子自旋角动量,电子轨道角动量,合成后原子总角动量,j j 耦合原子态的表示,例 p s 电子组态的 j j 耦合。,碳族元素,激发态,基态 2p2p 3p3p 4p4p 5p5p 6p6p,5.7 碳族元素在激发态 ps 的能级比较,5.3 泡利原理与“同科电子”,例 求氦原子的基态（1s1s）LS 耦合可能的原子态。（为什么实验上观察不到 态）,2 泡利不相容原理的物理意义,1）是微观粒子运动的基本规律之一。,2）可以解释原子内部电子分布的状况和元素周期律。,3）可以解释电子为什么“喜爱”自旋平行（
4、洪特定则含义之一）。,泡利不相容原理所反映的这种严格的排斥性的物理本质是什么？至今仍是未完全揭开之谜。,LS 耦合只能形成 态, 不存在。,3 同科电子（n、l 相同的电子）,同科电子形成的原子态比非同科而有相同 l 值的电子形成的原子态少。（LS耦合和 jj 耦合）,例：1s1s 组态和 1s2s 组态不同。,1s1s,1s2s,例：两个 p 电子若 n 相同和 n 不同，形成原子态不同。,两同科 p 电子可形成的原子态,( 在特定方向的分量）,( 在特定方向的分量）,同科电子组态的图解法,元 素 周 期 表,7.1 元素性质的周期变化,原子序数: 原子中电子数目（原子核电荷数）。,排在同一
5、列的元素具有相似的化学性质和相仿的光谱结构。,1869年，门捷列夫首先提出元素周期表（按原子量的次序排列），反映元素性质的周期性变化。玻尔是第一个给予周期表物理解释，（1916 1918年）把元素按电子组态的周期性排列成表。,1925年泡利提出不相容原理后，才比较深刻地理解到，元素的周期性是电子组态周期性的反映。而电子组态的周期性与特定轨道的可容性像联系。,7.2 原子的电子壳层结构,主量子数 n : 决定电子能量的主要部分，相同 n 的电子在同一壳层。,电子按能量分成许多壳层，能量相同的电子可视为分布在同一壳层。,角量子数 l ：同一壳层中 l = 0，1， （n-1），不同的 l 形成次壳
6、层。,次壳层 l 最多电子数,壳层 n 最多电子数,决定壳层次序的是能量最小原理。（电子填充的次序决定于哪个壳层能量最低）,7.3 原子基态的原子组态,（1）每一种原子就核外电子部分说，是周期表中前一位元素的原子加一个电子而成。,（2）原子的基态是原子能量最低的状态，所有电子均处在各自尽可能低的能量状态中。,F,Ne,Li,Be,B,C,N,O,问 填充 2p 次壳层三个格子的次序，是先在一个格子里填一个电子，然后再在各格里配上一个自旋反向的另一电子，为什么不先把两个自旋相反的电子填满，再填下一个格子？,答：根据量子力学的理论，当两电子以相反的自旋取向挤在同一格中时，就意味着它们的轨道波函数相
7、同，即它们以很大的概率在空间靠近，从而它们的库仑排斥能较大（正），使能级升高；若两电子以相同的自旋取向填充不同的格子，两态的波函数朝不同的方向延伸，电子靠近的概率小，它们之间的排斥能也减小了，能级降低。,说明为什么在同一次壳层里，电子尽先以相同的自旋取向分散填充不同格子的缘故。所以，对于给定的电子组态，原子的基态倾向于采取总自旋较大的方式。,按照原子序数排列，每一步电子究竟填充哪个态？各元素原子基态的电子组态如何？根据量子力学理论，最重要靠实验来确定。,5.4 复杂原子光谱的一般规律,1. 光谱和能级的位移律,3. 三个或三个以上价电子的原子态推导,在 LS 耦合中, 能级结构重数 = 2S
8、+ 1 .,(1) 三个价电子时, 在两电子的结构上再加上一个电子.,例 二电子的 S = 0 , 1 ; 加上一电子 s3 = 1 / 2 .,(2) 任何原子的状态, 基态和激发态,可视为它的一次电离离子 + 一个电子形成.,例 若一个原子系统由三个电子组成,一个处在 s 态、另一个处在 p 态、第三个处在 d 态，若它们之间的耦合是 LS 耦合，试写出所有可能的原子态，给出原子态符号。,解：根据题意,6. 能级次序的规律 J（正常次序和倒转次序）,(3) 对 j j 耦合同样按二电子体系的法则计算.,(4) 对同科电子仍需考虑泡利不相容原理.,4. 能级高低的洪特定则对三个或三个以上价电
9、子的原子仍成立.,5. 朗德间隔定则在多电子的原子中同样适用.,例 原子序数 Z = 6 的碳原子的基态最外层的两个电子是 2p2p 组态，根据LS耦合可以形成五个可能的原子态（ ） ，根据洪特定则和朗德间隔定则，画出这些原子态的能级高低次序图，并说明哪个原子态是碳原子的基态？,电子组态,两同科 p 电子形成的原子态,5.5 辐射跃迁的普用选择定则,宇称：从原子中电子的空间分布有关的性质来考虑，它的状态可以分为偶性和奇性两类，此性质称宇称。,原子中各电子角量子数之和为偶数称偶宇称；为奇数称奇宇称,普用选择定则,1. 跃迁只能发生在不同的宇称之间,2. 根据耦合类型有如下定则,5.6 原子激发和辐射跃迁的一个实例氦氖激光器,激光产生原理,例 锌原子（Z = 30）的最外层电子有两个，基态时的组态是4s4s，当其中有一个被激发，考虑两种情况：（1）一个电子被激发到5s态；（2）它被激发到4p态。试求出在LS耦合情况下，这两种组态分别形成的原子状态，画出相应的能级图，从（1）和（2）情况形成的激发态向低能级跃迁分别各有几种光谱跃迁。,解,基态 4s4s 组态,问 三个P态间能跃迁吗？,
