多电子原子泡利原理课件

第五章多电子原子泡利原理第五章多电子原子泡利原理1§4.1氦及周期系第二族元素

的光谱和能级

一、氦的光谱和能级一套谱线都是单线结构，另一套谱线却有复杂的结构

氦具有两套能级，一套是单层的，另一套是三层的。

§4.1氦及周期系第二族元素

的光谱和能级一、氦的光谱和能21、氦的能级确实是两套，一套是单层的，另一套是三层的。2、氦的基态和第一激发态之间能量相差很大，是19.77电子伏特。1、氦的能级确实是两套，一套是单层的，另一套是三层的。2、氦3多电子原子泡利原理课件4二、镁的光谱和能级铍、镁、钙、锶、钡、镭、锌、镉、汞的光谱与氦有相仿的结构

氦具有两个电子，镁具有12个电子，

足见产生光谱的是两个价电子决定的

镁原子其余10个电子与核构成原子实

二、镁的光谱和能级铍、镁、钙、锶、钡、镭、锌、镉、汞的光谱氦5多电子原子泡利原理课件6多电子原子泡利原理课件7两个角动量的合成规则

则他们的总角动量为

两个角动量的合成规则则他们的总角动量为8§4.2具有两个电子的原子态一、不同的电子组态

只有一个电子的原子与只有一个价电子的原子的状态由

一个电子或一个价电子的状态决定

有两个电子的原子与有两个价电子的原子的状态由

两个电子或两个价电子的状态的组合决定

电子的状态的组合叫电子组态§4.2具有两个电子的原子态一、不同的电子组态只有一个电9电子的状态的组合叫电子组态价电子的状态的组合叫价电子组态原子的全部电子的状态的组合叫原子的电子组态氦原子在基态时，

电子组态是1s1s

镁原子在基态时价电子组态是3s3s

……时，价电子组态是3s3p

电子的状态的组合叫电子组态价电子的状态的组合叫价电子组态原子10二、不同的电子组态具有不同的能量，有时差别很大氦在第一激发态时，电子组态是1s2s

例如

基态时，电子组态是1s1s

镁的第一激发态的价电子组态是3s3p

基态时的两个价电子组态是3s3s

能量有差别，但不很大原因：……能量差别很大原因：……二、不同的电子组态具有不同的能量，有时差别很大氦在第一激发态11多电子原子泡利原理课件12三、同一种电子组态构成的不同原子态

3

、3

3s3p

两种极端的情形

四种运动

六种相互作用

三、同一种电子组态构成的不同原子态3、33s3p两种131、LS耦合那么两个自旋

。这种作用方式称为LS耦合。

1、LS耦合那么两个自旋。这种作用方式称为LS耦合。14S=1，0

S=1，015S=1，0

想一想：对于一个具体的L来说，与此L值对应的J值有几个？是一个三重态是一个单重态S=1，0想一想：对于一个具体的L来说，与此L值对16解：

所以它们合成的轨道总角动量为

即轨道总角动量

解：所以它们合成的轨道总角动量为即轨道总角动量17S=1，0

5432110SJ

L

6，5，4

5，4，3

4，3，2

3，2，1

2，1，0

5

4

3

2

1

S=1，05432110SJL6，5，5，4，4，3，18按LS耦合形成的原子态的表示符号格式为能级层数

总角动量量子数

按LS耦合形成的原子态的表示符号格式为能级层数总角动量量19解：第一步先求L、S，

然后求每一对L、S合成的J

最后由每一组LSJ的值确定形成的原子态

得S=1，0；

L=3，2，1

解：第一步先求L、S，然后求每一对L、S合成的J最后由每2032110

S态

L

32110S态L21洪特定则：

从一个电子组态按LS耦合形成诸能级中，

（1）那重数最高的（即S值最大的）能级位置最低；

（2）重数相同的能级中，那具有最大L值的位置最低。

（3）具有相同L、S值的能级中，按J值排序，

一种是J值小的能级低，（这种排序称为正常次序）另一种是J值大的能级低，（这种排序称为反常次序）镁氦洪特定则：从一个电子组态按LS耦合形成诸能级中，（22多电子原子泡利原理课件23多电子原子泡利原理课件24求电子组态1s2s形成和原子态，一、三重态谁高？而L=0，

所以J=S，即J只有一值，也就是一个能级。

求电子组态1s2s形成和原子态，一、三重态谁高？而L=25求电子组态1s2p形成和原子态,一、三重态谁高？求电子组态1s2p形成和原子态,一、三重态谁高？262、jj耦合那么每个电子的自旋角动量和轨道角动量这种作用方式称为jj耦合。2、jj耦合那么每个电子的自旋角动量和轨道角动量这种作用方式27多电子原子泡利原理课件28每一组的值确定一个原子态

表示格式为

第一个价电子的总角动量量子数的值

第一个价电子的总角动量量子数的值

原子的总角动量量子数的值

每一组的值确定一个原子态表示格式为第一个价电子的第一个价29例题：电子组态是×p×s，按jj耦合形成那些原子态。

解：

例题：电子组态是×p×s，按jj耦合形成那些原子态。解：30例题：电子组态是×p×s，按jj耦合形成那些原子态。

解：

由价电子组态可知

同理

形成的原子态为

形成的原子态为

例题：电子组态是×p×s，按jj耦合形成那些原子态。解：31这四个能级的关系根据理论计算得出结果如下

ps

这四个能级的关系根据理论计算得出结果如下ps32现在举例说明哪些是LS耦合，哪些是jj耦合

碳C、硅Si、锗Ge、锡Sn、铅Pb

基态时的价电子的组态如下

C2p2p,Si3p3p,Ge4p4p,Sn5p5p,Pb6p6p基态的一个p电子激发到高一级的s态，就得到如下的组态

C2p3s,Si3p4s,Ge4p5s,Sn5p6s,Pb6p7s这些组态的原子能级的实际情况根据观察如图158页5.7所示。

现在举例说明哪些是LS耦合，哪些是jj耦合碳C、硅Si、锗33多电子原子泡利原理课件34§5.3泡利不相容原理

镁、氦在基态时

3s3s

1s1s

没有,什么原因呢？

泡利不相容原理：

原子中不能有两个电子处在同一状态。

标志电子态的量子数有五个：

§5.3泡利不相容原理镁、氦在基态时3s3s1s1s35§5.3泡利不相容原理

镁、氦在基态时

3s3s

1s1s

没有,什么原因呢？

泡利不相容原理：

原子中不能有两个电子处在同一状态。

标志电子态的量子数有五个：

§5.3泡利不相容原理镁、氦在基态时3s3s1s1s36§5.3泡利不相容原理

镁、氦在基态时

3s3s

1s1s

没有,什么原因呢？

泡利不相容原理：

原子中不能有两个电子处在同一状态。

标志电子态的量子数有五个：

这些量子数名称和物理意义（代表的是什么？）

§5.3泡利不相容原理镁、氦在基态时3s3s1s1s37代表着能量的主要部分

和

电子的运动区域大小。

代表着轨道角动量的大小，

也影响着能量。

代表着自旋角动量的大小

是磁量子数，也叫轨道取向量子数，

代表着轨道在外场中的取向也就是代表着角动量在z分量的值是主量子数，

是轨道角动量量子数，是自旋量子数，是自旋取向量子数，

代表着自旋的取向

五个量子数不能完全相同，

至少有一个量子数是不同的

区分电子状态的量子数只有

4

个

代表着能量的主要部分和电子的运动区域大小。代表着轨道角38氦的基态中，

两个1s电子，

两个电子的相同相同相同必不同分别是

这就是说两个电子的自旋必须相反。

这样0

因此自旋总角动量的量子数S只能是0，不能等于1.

氦的基态中，两个1s电子，两个电子的相同相同相同必不同分39多电子原子泡利原理课件40同科电子

两个同科电子形成的原子态比非同科的电子形成的原子态少。同科电子两个同科电子形成的原子态比非同科的电子形成的原子态41§5.4复杂原子光谱的一般规律

仍然有两种极端情况，一种是按LS耦合，一种是按jj耦合。

§5.4复杂原子光谱的一般规律仍然有两种极端情况，一种是42按LS耦合：

①②③④……

LSLSLS按LS耦合：①②③43按jj耦合：

①②③④……

JJJ按jj耦合：①②③44S=0是单一态，

1是三重态。

能级的结构重数等于2S+1

原子如果只有一个价电子，

,能级是双重的

有两个价电子，

S成为1或0

形成三重态和单一态。

有三个价电子时，

是二个电子的结构上再加一个电子

四重态和双重态

S=0是单一态，1是三重态。能级的结构重数等于2S+145§5.5辐射跃迁的普用选择定则

单电子(或单价电子)原子

一、原子的宇称

原子的状态按电子空间分布可分为两类：奇宇称态偶宇称态。1s1s2s2p1s2s3p3d1s2p2p3d§5.5辐射跃迁的普用选择定则单电子(或单价电子)原子一461、跃迁只能发生在不同宇称的状态间。即

二、辐射跃迁的普用选择定则

2、如果原子的电子是LS耦合

如果原子的电子是LS耦合？1、跃迁只能发生在不同宇称的状态间。即二、辐射跃迁的普用选47第五章学习要求

1、知道氦、镁原子的能级和光谱线系情况

2、知道什么是LS耦合？什么是jj耦合?会求合角动量

3、会用LS耦合、jj耦合推知形成的原子态

4、了解洪特定则、能级的正常次序、反常次序

6、了解多电子原子态的形成和跃迁的普用法则

第五章学习要求1、知道氦、镁原子的能级和光谱线系情况2、48第五章多电子原子泡利原理第五章多电子原子泡利原理49§4.1氦及周期系第二族元素

的光谱和能级

一、氦的光谱和能级一套谱线都是单线结构，另一套谱线却有复杂的结构

氦具有两套能级，一套是单层的，另一套是三层的。

§4.1氦及周期系第二族元素

的光谱和能级一、氦的光谱和能501、氦的能级确实是两套，一套是单层的，另一套是三层的。2、氦的基态和第一激发态之间能量相差很大，是19.77电子伏特。1、氦的能级确实是两套，一套是单层的，另一套是三层的。2、氦51多电子原子泡利原理课件52二、镁的光谱和能级铍、镁、钙、锶、钡、镭、锌、镉、汞的光谱与氦有相仿的结构

氦具有两个电子，镁具有12个电子，

足见产生光谱的是两个价电子决定的

镁原子其余10个电子与核构成原子实

二、镁的光谱和能级铍、镁、钙、锶、钡、镭、锌、镉、汞的光谱氦53多电子原子泡利原理课件54多电子原子泡利原理课件55两个角动量的合成规则

则他们的总角动量为

两个角动量的合成规则则他们的总角动量为56§4.2具有两个电子的原子态一、不同的电子组态

只有一个电子的原子与只有一个价电子的原子的状态由

一个电子或一个价电子的状态决定

有两个电子的原子与有两个价电子的原子的状态由

两个电子或两个价电子的状态的组合决定

电子的状态的组合叫电子组态§4.2具有两个电子的原子态一、不同的电子组态只有一个电57电子的状态的组合叫电子组态价电子的状态的组合叫价电子组态原子的全部电子的状态的组合叫原子的电子组态氦原子在基态时，

电子组态是1s1s

镁原子在基态时价电子组态是3s3s

……时，价电子组态是3s3p

电子的状态的组合叫电子组态价电子的状态的组合叫价电子组态原子58二、不同的电子组态具有不同的能量，有时差别很大氦在第一激发态时，电子组态是1s2s

例如

基态时，电子组态是1s1s

镁的第一激发态的价电子组态是3s3p

基态时的两个价电子组态是3s3s

能量有差别，但不很大原因：……能量差别很大原因：……二、不同的电子组态具有不同的能量，有时差别很大氦在第一激发态59多电子原子泡利原理课件60三、同一种电子组态构成的不同原子态

3

、3

3s3p

两种极端的情形

四种运动

六种相互作用

三、同一种电子组态构成的不同原子态3、33s3p两种611、LS耦合那么两个自旋

。这种作用方式称为LS耦合。

1、LS耦合那么两个自旋。这种作用方式称为LS耦合。62S=1，0

S=1，063S=1，0

想一想：对于一个具体的L来说，与此L值对应的J值有几个？是一个三重态是一个单重态S=1，0想一想：对于一个具体的L来说，与此L值对64解：

所以它们合成的轨道总角动量为

即轨道总角动量

解：所以它们合成的轨道总角动量为即轨道总角动量65S=1，0

5432110SJ

L

6，5，4

5，4，3

4，3，2

3，2，1

2，1，0

5

4

3

2

1

S=1，05432110SJL6，5，5，4，4，3，66按LS耦合形成的原子态的表示符号格式为能级层数

总角动量量子数

按LS耦合形成的原子态的表示符号格式为能级层数总角动量量67解：第一步先求L、S，

然后求每一对L、S合成的J

最后由每一组LSJ的值确定形成的原子态

得S=1，0；

L=3，2，1

解：第一步先求L、S，然后求每一对L、S合成的J最后由每6832110

S态

L

32110S态L69洪特定则：

从一个电子组态按LS耦合形成诸能级中，

（1）那重数最高的（即S值最大的）能级位置最低；

（2）重数相同的能级中，那具有最大L值的位置最低。

（3）具有相同L、S值的能级中，按J值排序，

一种是J值小的能级低，（这种排序称为正常次序）另一种是J值大的能级低，（这种排序称为反常次序）镁氦洪特定则：从一个电子组态按LS耦合形成诸能级中，（70多电子原子泡利原理课件71多电子原子泡利原理课件72求电子组态1s2s形成和原子态，一、三重态谁高？而L=0，

所以J=S，即J只有一值，也就是一个能级。

求电子组态1s2s形成和原子态，一、三重态谁高？而L=73求电子组态1s2p形成和原子态,一、三重态谁高？求电子组态1s2p形成和原子态,一、三重态谁高？742、jj耦合那么每个电子的自旋角动量和轨道角动量这种作用方式称为jj耦合。2、jj耦合那么每个电子的自旋角动量和轨道角动量这种作用方式75多电子原子泡利原理课件76每一组的值确定一个原子态

表示格式为

第一个价电子的总角动量量子数的值

第一个价电子的总角动量量子数的值

原子的总角动量量子数的值

每一组的值确定一个原子态表示格式为第一个价电子的第一个价77例题：电子组态是×p×s，按jj耦合形成那些原子态。

解：

例题：电子组态是×p×s，按jj耦合形成那些原子态。解：78例题：电子组态是×p×s，按jj耦合形成那些原子态。

解：

由价电子组态可知

同理

形成的原子态为

形成的原子态为

例题：电子组态是×p×s，按jj耦合形成那些原子态。解：79这四个能级的关系根据理论计算得出结果如下

ps

这四个能级的关系根据理论计算得出结果如下ps80现在举例说明哪些是LS耦合，哪些是jj耦合

碳C、硅Si、锗Ge、锡Sn、铅Pb

基态时的价电子的组态如下

C2p2p,Si3p3p,Ge4p4p,Sn5p5p,Pb6p6p基态的一个p电子激发到高一级的s态，就得到如下的组态

C2p3s,Si3p4s,Ge4p5s,Sn5p6s,Pb6p7s这些组态的原子能级的实际情况根据观察如图158页5.7所示。

现在举例说明哪些是LS耦合，哪些是jj耦合碳C、硅Si、锗81多电子原子泡利原理课件82§5.3泡利不相容原理

镁、氦在基态时

3s3s

1s1s

没有,什么原因呢？

泡利不相容原理：

原子中不能有两个电子处在同一状态。

标志电子态的量子数有五个：

§5.3泡利不相容原理镁、氦在基态时3s3s1s1s83§5.3泡利不相容原理

镁、氦在基态时

3s3s

1s1s

没有,什么原因呢？

泡利不相容原理：

原子中不能有两个电子处在同一状态。

标志电子态的量子数有五个：

§5.3泡利不相容原理镁、氦在基态时3s3s1s1s84§5.3泡利不相容原理

镁、氦在基态时

3s3s

1s1s

没有,什么原因呢？

泡利不相容原理：

原子中不能有两个电子处在同一状态。

标志电子态的量子数有五个：

这些量子数名称和物理意义（代表的是什么？）

§5.3泡利不相容原理镁、氦在基态时3s3s1s1s85代表着能量的主要部分

和

电子的运动区域大小。

代表着轨道角动量的大小，

也影响着能量。

代表着自旋角动量的大小

是磁量子数，也叫轨道取向量子数，

代表着轨道在外场中的取向也就是代表着角动量在z分量的值是主量子数，

是轨道角动量量子数，是自旋量子数，是自旋取向量子数，

代表着自旋的取向

五个量子数不能完全相同，

至少有一个量子数是不同的

区分电子状态的量子数只有

4

个

代表着能量的主要部分和电子的运动区域大小。代表着轨道角86氦的基态中，

两个1s电子，

两个电子的相同相同相同必不同分别是

这就是说两个电子的自旋必须相反。

这样0

因此自旋总角动量的量子数S只能是0，不能等于1.

氦的基态中，两个1s电子，两个电子的相同相同相同必不同分87多电子原