《原子物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）原子的光谱及原子结构

内容提要: 第二族元素的光谱和能级 2、具有两个价电子的原子态L一S耦合 目的要求: 1、了解氦原子光谱和能级(正氦(三重态)、仲氦(单 态));镁原子光谱和能级 2、掌握L一S耦合,理解洪特定则、朗德间隔定则 重点难点: L-S耦合 回主页

内容提要： 1、第二族元素的光谱和能级 2、具有两个价电子的原子态L－S耦合 目的要求： 1、了解氦原子光谱和能级（正氦（三重态）、仲氦（单 态））；镁原子光谱和能级 2、掌握L－S耦合，理解洪特定则、朗德间隔定则 重点难点： 1、L－S耦合 回主页

教学内容: 在前面几章中讨论的是单电子原子和具有一个价电子 的原子的光谱,本章开始我们学习两个或两个以上价电 子原子的光谱及原子结构情况。 第二族元素的光谱和能级 实验的观察发现氦及周期系第二族的元素,铍、镁、 钙、锶、钡、镭、锌、镉、汞的光谱相仿的结构。 从这些元素的光谱,可以推得它们的能级部分成两 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一下氦的光谱和能级,在第二族元 素中我们也举镁作为例予进行一些比较和讨论

教学内容： 在前面几章中讨论的是单电子原子和具有一个价电子 的原子的光谱，本章开始我们学习两个或两个以上价电 子原子的光谱及原子结构情况。 一、第二族元素的光谱和能级 实验的观察发现氦及周期系第二族的元素，铍、镁、 钙、锶、钡、镭、锌、镉、汞的光谱相仿的结构。 从这些元素的光谱，可以推得它们的能级部分成两 套,—套是单层的，另一套具有三层结构。 下面我们具体地讨论一下氦的光谱和能级，在第二族元 素中我们也举镁作为例予进行一些比较和讨论

在氦的两套线系,有两个主线系。 两个第一辅线系,两个第二辅线系等。 这两套谱线的结构有显著的差别,一套谱线都是单线, 另一套谱线却有复杂的结构。 从光谱的分析研究,知道氦具有两套能级,一套是单层 的,另一套是三层的。 这两全能级之间没有相互跃迁的情况,它们各自内部的 跃迁就产生了两套光谱。 这样,单层能级间的跃迁当然产生单线的光谱,而三层 能级间的跃迁所产生的光谱线当然有复杂的结构了

在氦的两套线系，有两个主线系。 两个第一辅线系，两个第二辅线系等。 这两套谱线的结构有显著的差别，一套谱线都是单线， 另一套谱线却有复杂的结构。 从光谱的分析研究，知道氦具有两套能级，—套是单层 的，另一套是三层的。 这两全能级之间没有相互跃迁的情况，它们各自内部的 跃迁就产生了两套光谱。 这样，单层能级间的跃迁当然产生单线的光谱，而三层 能级间的跃迁所产生的光谱线当然有复杂的结构了

由于氦出现了两套光谱。 而彼此又好像没有关系,早年曾设想有两种氦、那产生 有复杂结构的谱线的氦称为正氦,产生单线光谱的称为 仲氦。 现在知道并无两种氦。只是能级结构分为两套罢了。 氦的能级及跃迁如下图所示。 氦的能级及跃迁如图所示,从图中可以看到,氦的基态 和第一激发态之间能量相差很大,有19.7电子伏特。 氦的单线主线系是P态跃迁到基态ls的结果,处于远紫 外部分

由于氦出现了两套光谱。 而彼此又好像没有关系，早年曾设想有两种氦、那产生 有复杂结构的谱线的氦称为正氦，产生单线光谱的称为 仲氦。 现在知道并无两种氦。只是能级结构分为两套罢了。 氦的能级及跃迁如下图所示。 氦的能级及跃迁如图所示，从图中可以看到，氦的基态 和第一激发态之间能量相差很大，有19．77电子伏特。 氦的单线主线系是1P态跃迁到基态1s的结果，处于远紫 外部分

氦的能级及跃迁如图所示: 伏特 厘米 4,3,2 247 213==9=9=====产号 00Q 2 3000 20.55 40000 90D0 200000

氦的能级及跃迁如图所示：

而三重态的主线系是诸3到第一激发态3s的跃迁的结果, 落在红外、可见区、直到紫外区。 其余对应的两套线系所在的区域差别不大。 镁原子(及其它第二族元素)的光谱和能级与氦原子的 非常相似。 所不同的是基态的主量子数不同(对比图5.1和5.2)。 它们的能级与碱金属的能级不同,碱金属的能级为二重 态,而氦与第二族元素的能级为单态和三重态。 因为它们最外层都是两个电子。下面我们就来学习两个 电子之间的相互作用

而三重态的主线系是诸3P到第一激发态3s的跃迁的结果， 落在红外、可见区、直到紫外区。 其余对应的两套线系所在的区域差别不大。 镁原子（及其它第二族元素）的光谱和能级与氦原子的 非常相似。 所不同的是基态的主量子数不同（对比图5.1和5.2）。 它们的能级与碱金属的能级不同，碱金属的能级为二重 态，而氦与第二族元素的能级为单态和三重态。 因为它们最外层都是两个电子。下面我们就来学习两个 电子之间的相互作用

具有两个价电子的原子态 1、不同的电子组态 和碱金属一样,我们也把第二族元素原子分成原子实和 两个价电子组成。 原子实是一空完整的结构,它的总角动量和总磁矩都是 零,所以考虑原子态主要是考虑两个价电子的状态。 根据前面的学习我们知道,电子可处在不同的状态(如 1s,2s,2p,3s,3p,3d.),两个电子的状态级合到一起称 为电子组态。 例如氦原子在基态时,两个电子的主量子数都为1,角 量子数都为0,也就是说它们都处在1s态,所以氦原子 基态时的电子组态为1sls

二、具有两个价电子的原子态 1、不同的电子组态 和碱金属一样，我们也把第二族元素原子分成原子实和 两个价电子组成。 原子实是一空完整的结构，它的总角动量和总磁矩都是 零，所以考虑原子态主要是考虑两个价电子的状态。 根据前面的学习我们知道，电子可处在不同的状态（如 1s,2s,2p,3s,3p,3d…）,两个电子的状态级合到一起称 为电子组态。 例如氦原子在基态时，两个电子的主量子数都为1，角 量子数都为0，也就是说它们都处在1s态，所以氦原子 基态时的电子组态为1s1s

又例如镁在第一激发态时,一个电子留在3s态,另一个 电子被激发到3p态,我们说这时的电子组态是3s3p 镁的基态的电子组态是3s3s 不同的电子组态具有不同的能量,有时差别很大。 例如氦的第一激发态电子组态是1s2s,它同基态1sls的 能量相差很大,这里因为有一个电子的主量子数不同, 当然能量就差别大了。 又例如镁的第一激发态的电子组态是3s3p,这同基态 的两个电子3s3s只有一个角量子数的差别,主量子数 没有变,这也会引起能量的差别,主量子数如有不同, 能量的主要部分就有差异

又例如镁在第一激发态时，一个电子留在3s态，另一个 电子被激发到3p态，我们说这时的电子组态是3s3p。 镁的基态的电子组态是3s3s。 不同的电子组态具有不同的能量，有时差别很大。 例如氦的第一激发态电子组态是1s2s，它同基态1sls的 能量相差很大，这里因为有一个电子的主量子数不同， 当然能量就差别大了。 又例如镁的第一激发态的电子组态是3s3p，这同基态 的两个电子3s3s只有一个角量子数的差别，主量子数 没有变，这也会引起能量的差别，主量子数如有不同， 能量的主要部分就有差异

主量子数相同而角量子数有差别,也会由于原子实的极 化或轨道的贯穿等原因引起较大能量的差别。 在具有两个价电子的原子中,这些情况是同以前讨论 过的单个价电子的原子的情况相仿的。 总之,大的能级差别是由于电子组态之不同。 在图5.1和5.2所示的氦和镁原子的能级图中,除基态外, 所有能级都是一个电子留在最低态,另一个电子被激发 所形成的。 例如氦的各个激发态是一个电子留在1s态,另一个被 激发到2s,2p,3s,3p3d等态形成的

主量子数相同而角量子数有差别，也会由于原子实的极 化或轨道的贯穿等原因引起较大能量的差别。 在具有两个价电子的原子中，这些情况是同以前讨论 过的单个价电子的原子的情况相仿的。 总之，大的能级差别是由于电子组态之不同。 在图5.1和5.2所示的氦和镁原子的能级图中，除基态外， 所有能级都是一个电子留在最低态，另一个电子被激发 所形成的。 例如氦的各个激发态是一个电子留在ls态，另一个被 激发到2s，2p，3s，3p 3d等态形成的

镁的各激发态也是一个电子留在3s态,另一个被激发到 3p,3d,4s等态形成的。 在那两幅图中.每一能级上注明的数码就是第二个电子 的主量子数 图中最高能级是第二个电子被电离、剩下一个价电子在 最低态时的能级。 也有可能两个电子都被激发,但那样需要更大的能量, 观察较困难。 相同的电子态,各个电子之间的相互作用还有不同的形 式,所以同一种电子组态有不同的原子态

镁的各激发态也是一个电子留在3s态，另一个被激发到 3p，3d，4s等态形成的。 在那两幅图中．每一能级上注明的数码就是第二个电子 的主量子数。 图中最高能级是第二个电子被电离、剩下一个价电子在 最低态时的能级。 也有可能两个电子都被激发，但那样需要更大的能量， 观察较困难。 相同的电子态，各个电子之间的相互作用还有不同的形 式，所以同一种电子组态有不同的原子态