基于原子核核外电子探讨原子结构
- 原子物理是一门对正常人类而言及其不友好的课程。首先,原子物理很可能和复变函数,微分方程放在一个学期。这就导致,方程不会解,但是得背答案。当然,尽管如此,还是要祈祷老师不要开卷考试,开卷把握不住。
- 第二,杨福家先生说了,原子物理这门课的目的是让大家认识到经典物理的不足,从而进入量子物理的学习。遗憾的是,学完 力学,热学,电磁学 之后,我已经认识到我在经典物理上的不足了!哈哈哈......
- 寡王一路硕博!
- 本文适合考前突击或者复习
电子自旋
电子轨道运动磁矩
- 旋磁比:
-
- 磁矩在外磁场中将受到力矩的作用,绕外磁场方向做拉莫尔进动
- 角动量的大小和空间取向都是量子化的,取角量子数,轨道磁量子数,有
- 而
- 通常,我们取波尔磁子,,而电子轨道运动磁矩在z方向上的投影为
电子的自旋
电子自旋假设
- 两 dutch 的假设
- 取自旋量子数s,电子自旋角动量大小为
- 电子自旋角动量也有2s+1个空间取向,但是实验表明对于单个电子s=1/2
朗德因子
- 磁矩与角动量的比值为:
- 任意角动量对应的磁矩可统一表示为:
- 此时
原子态
原子态可以表示为:
- 自旋多重度 2s+1
碱金属双线
- 除了轨道量子数等于0的S态之外,所有其他态电子角动量J都有两个值
- 选择定则:
- 单电子辐射跃迁只能在下列条件中发生:
赛曼效应
正常赛曼效应
- 谱线分裂成三个部分
- 据量子力学的计算,选择定则不仅对轨道量子数提出了限制,对自旋角动量也提出了限制
- 因此:
反常塞曼效应
- 谱线分裂成很多部分
- 帕邢巴克效应
- 当外磁场很强时,自旋与轨道角动量分别与外磁场作用,不再合成总角动量J
多电子原子
- 多电子原子是指最外层有不止一个价电 子
电子耦合
电子组态
- 两个价电子处在各种状态的组合, 称电子组态。
- 在碱金属原子中,我们曾讨论过价电子的 L 与 S 的相互作用,在那里我们看到 L 与 S 合 成总角动量 J ,
L-S耦合
- 在两个价电子的情形下,s有两个取值:s=0和s=1,分别对应于单层能级和三层能级
J-J耦合
- 电子的自旋与自己的轨道耦合作用较强,不同电子之间的耦合作用比较弱
L-S耦合与J-J耦合之间的关系
- 普适选择定则
- Laporte 定则
- 跃迁只能发生在不同宇称的原子态间
- 选择定则
- L-S 耦合中
- J-J 耦合中
- 总角动量为0的态空间不能跃迁
- L-S 耦合中
- Laporte 定则
Pauli原理
- 在一个原子中,不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个量子数
- 在费米子(自旋为半整数的粒子)组成的系统中不能有两个或多个粒子处于完全相同的状态。
Hund定则
- 由同一电子组态得到的各种能级中,多重数大的,亦即s值最大的,能级位置低;
- 由同一组态形成的同一s内, 具有不同l值的能级中,l大的能级位置低;
- 同一组态得到的同l不同j的能级中,j小的能级低称正常次序;j大的能级低 ,称为倒转次序;通常情况下,支壳层电子数少于半满时取正常次序,等于或大于半满时取倒转次序。
朗德间隔定则
- 在L-S 耦合的多重态能级结构中,相邻的两能级间隔与相应的较大的J 值成正比。因而两相邻能级间隔之比等于两J值较大者之比。
- 在三重态中,一对相邻的能级之间的间隔与两个j值中较大的那个值成正比。
- 能级次序:由一个次壳层满额半数以上的电子(但还没满)构成的能级一般具有倒转次序(J值大的能级低);小于满额半数的电子构成的能级 一般具有正常次序(J值小的能级低)。
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