①发射跃迁: 粒子发射一光子ε= hv=E2－E1而由高能级跃迁 至低能级; E
2
E2 E1 h
E1 ②吸收跃迁: 粒子吸收一光子ε=hv=E2－E1 而由低能级跃迁 至高能级. E2
E1
非辐射跃迁
无辐射跃迁 : 既不发射又不吸收光子的跃 迁(通过与其它粒子或气体容器壁的碰撞、 或其它能量交换过程)
• 能级也与副量子数l 有关，有时n较小的壳层未满， n 较大的壳层上却有电子填入。 • 填充顺序的经验公式 能级高低由半经验公式决定 n+0.7 l 例：4s 和3d状态 4s n+0.7l=4+0.7*0=4 3d n+0.7l=3+0.7*2=4.4 • 先填4s态
泡利不相容原理
电子排布数量
泡利不相容原理：不能有两个全同费密子处于同 一个单粒子态----决定了电子数量 在原子中,每个确定的电子能态上最多只能容纳一 个电子,而每个电子能状态要四个量子数描述(n、l 、ml、ms ) n 1 2n 2 2 2l 1 壳层n上的电子数
l0
每一支壳层l上电子数
原子中电子壳层结构
原子的电子壳层结构： 原子核外电子的运动状态由四个量子数描述：
n l ml ms
1916年，Kossel提出了电子壳层分布模型：n相同的电 子处于同一壳层，n大则距离原子核越远，能量越高； 同一壳层内，l不同分为不同支壳层，l越大，相应支壳 层能量越高。
主量子数n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 壳层符号 K L M N O P s p d f g h
量子数
磁量子数ml 描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向。某种 形状的原子轨道，可以在空间取不同方向的伸展 方向，从而得到几个空间取向不同的原子轨道。 m取值受角量子数取值限制，对于给定的l值，m= -l，...，-2，-1，0，+1，+2…+l，共2l+1个值。 自旋磁量子数ms 描述轨道电子特征的量子数，ms＝+或-1/2
1.3.2 电子组态
电子组态：原子内电子壳层（以nl形式)排 布的表示。又称电子构型。原子中的电子 排布组成一定的壳层.例如 ，硅原子的电子 组态是 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2，表示其14个 电子中2个排布在1s态，2个排布在2s态，6 个排布在2p态，2个排布在3s态和最后 2 个电子排布在3p态。电子组态清楚地显示 出核外电子的排布状况。 指电子在核外运动的波函数满足定态薛定 谔方程，即呈不随时间变化的稳定的状态 。它通常以电子组态表示。
1927年索尔维会议 埃
小 布 拉 格
伦 法 斯 特
薛 定 格
康 泡 普 利 顿
德 布 洛 意
玻 尔
普 朗 克
居 里 夫 人
洛 仑 兹
爱 因 斯 坦
郎 之 万
J J1 J 2
j j1 j2 , j1 j2 1,..., j1 j2
例* 利用j-j耦合，求3p4d态的原子态。 解： l 1 s1 1 j1 1 , 3 1 2 2 2
l2 2
1 s2 2
3 5 j2 , 2 2
一般j-j耦合的原子态表示为： ( j1 , j2 ) j
同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同 的两个电子存在。如果两个电子处于同一轨道， 这两个电子的自旋方向必定相反。 s亚层只有1个轨道，可以容纳两个自旋相反的电 子；p亚层有3个轨道，总共可以容纳6个电子；d 亚层有5个轨道，总共可以容纳10个电子，f亚层 有7个轨道，总共可以容纳14个电子。 第一电子层(K层)中只有1s亚层，最多容纳两个电 子；第二电子层(L层)中包括2s和2p两个亚层，总 共可以容纳8个电子；第3电子层(M层)中包括3s、 3p、3d三个亚层，总共可以容纳18个电子……第n 层总共可以容纳2n^2个电子。
1.3.3 跃迁选择定则
不是原子中任何两个能级之间都能够发生 跃迁。只有符合光谱选择定则的跃迁才是 允许的； 不符合光谱选择定则的跃迁叫禁戒跃迁(有 些禁戒的跃迁还是可能发生的，只是它的
跃迁几率比容许跃迁的跃迁几率要小得多)
。
跃迁选择定则 选择定则
举例：某碱金属原子从3d态跃迁到3p态,可能发 生的所有跃迁。 3p： n=3, s=1/2, l=1, j=1/2, j=3/2
电子组态
核外电子数 N
32 18 8 2
4s 2 4 p6 4d 10 4 f 14 n 4
M
l0 l 1 l2 l3 4s 2 4 p6
电
4d 10 4 f 14 子
3s 2 2s 2
1s
2
3 p6 2 p6
3d 10
L K
n 3 l 1 3 p6
l2
l0
3s 2
3d 10 组
原子态能量高低的判断---洪特规则的另一种表述 洪特规则的另一种表述 对于一个给定的电子组态形式的一组原子态，当 某原子态具有的S最大时，它处的能级位置低； 对于同一个S，又以L值大的最低 洪特规则的补充规则：对于同科电子，当同科电 子数小于或等于闭壳层占有数一半时，具有最小J 值的能级处于最低，这称为正常次序；当同科电 子数大于闭壳层占有数一半时，则具有最大J值的 能级最低，这称为倒转次序，（只对L～S耦合）
常用单位换算 普朗克常数 h 6.626 1027 尔格秒 19 e 1.602 10 电子电荷 库仑 电子质量 me 9.109 1028 克 24 m 1.6725 10 质子质量 p 克=1836me 24 m 1.6747 10 中子质量 n 克 -9 a=5.2917 10 cm 0.53A 波尔半径 7 10 1焦耳= 尔格 19 1.602189 10 J 1电子伏特= 27 1.66 10 kg 1u=
能量最低原理
“电子优先占据最低能态”
n 3 Ze S
n=1 n=2 n=3
l
2 1 0 3d 3p 3s
P
D
2
1 0
2p 2s
1
0
1s
能量最低原理
一般情况： l相同时，n愈大，能量越高
E1s E2 s E3s
n相同时，l 愈大，能量越高，
E3s E3 p E3d
但有交叉，如3d﹥4s 电子填入壳层次序的经验规律：（极个别例外） n+l相同时，先填n小的; n+l不相同时，若n相同 ，则先填 l 小的，若n不同，则先填n大的壳层
2（2l+1)
s, p, d , f 2,6, 10, 14
洪特规则
电子在原子核外排布时，将尽可能分占不 同的轨道，且自旋平行。(量子力学证明， 电子这样排布可能使能量最低，所以洪特 规则也可以包括在能量最低原理中) 对于同一个电子亚层，当电子排布处于
全满(s2、p6、d10、f14)
半满(s1、p3、d5、f7) 全空(s0、p0、d0、f0)时比较稳定。
1 3 ( , ) 2,1 2 2
1 5 ( , )3, 2 2 2
3 3 ( , )3, 2,1,0 2 2
3 5 ( , ) 4,3, 2,1 2 2
有12个态与前面一样 j-j耦合的跃迁选择定则
J 0, 1
辐射跃迁
1.跃迁: 粒子由一个能级过渡到另一能级的过程 2.辐射跃迁: 粒子发射或吸收光子的跃迁(满足跃迁选择定则)
n2 l0 l 1
2s 2 2 p6
1s 2
n1
态
l0
1.3.3原子态
由电子组态到原子态： 如何将原子的状态与电子 的组态联系起来？这要考虑电子之间的相互作用 ，原子状态不是单个电子状态 的简单叠加，因它 们之间存在相互作用。通常以角动量的耦合来体 现 Байду номын сангаас即 L S J J
原子态表示符号 2s1 LJ L S 耦合才能这样表达 能量最低的原子态称基态，能量较高的称激发态 。如何判断原子态能量的高低—洪特规则等
L—S耦合
当两个电子自旋之间作用很强，两个电子的轨 道运动之间作用也很强，那么两个自旋运动就要合 成一个总的自旋运动，即s1+s2=S。 两个轨道角动量也要合成一个轨道总角动量， 即l1+l2=L， 轨道总角动量和自旋总角动量再合成总角动量 ，即L+S=J，此耦合过程称为L-S耦合。
l1 1
l2 2 l 3,2,1
j (0,2) 21D2
j (0,1) 11P 1
j (0,3) 31F3
j (1,1) 2,1,0 P2,1,0
3
j (1,2) 3,2,1 D3, 2,1
3
j (1,3) 4,3,23F4,3, 2
(s1l1 )(s2l2 ) ( j1 j2 ) J
j-j耦合
J1 L1 S1
J 2 L2 S2
j1 l1 s1 , l1 s1 1,..., l1 s1
j2 l2 s2 , l2 s2 1,..., l2 s2
副量子数l = 0, 1, 2, 3, 4, 5，….n-1 支壳层符号
1.3.1 电子排布原理
处于稳定状态的原子，核外电子将尽可能 地按 能量最低原理 泡利不相容原理 洪特规则
能量最低原理
在不违背不相容原理的情况下,电子在原子 核外排布时，要尽可能使电子的能量最低 。 离核较近的电子具有较低的能量，随着电 子层数的增加，电子的能量越来越大；同 一层中，各亚层的能量是按s、p、d、f的 次序增高的。
S 0
l 1 J 0, 1
3d：
n=3, s=1/2, l=2,
j=5/2, j=3/2