原子的能级分布和跃迁ppt课件

为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1.3 原子能级和辐射跃迁原子能级和辐射跃迁o为了说明原子能级间的辐射跃迁，需要复习原子能级的概念；o为了知道在不同的能级上原子的数量，需要了解简并度的概念。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益o物质是由原子、分子或离子组成，而原子有带正电的原子核及绕核运动的电子组成；o电子一方面绕核做轨道运动，一方面本身做自旋运动。+e-e-e原子核电子角动量L=rp一.原子的能级和简并度为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益由由量子力学量子力学得出的氢原子得出的氢原子能级图能级图玻尔理论玻尔理论的一条的一条能级能级对应于对应于电子的一种电子的一种轨道轨道量子力学量子力学的一条的一条能级能级则对应于电子的一种则对应于电子的一种状态状态每个状态用量子数每个状态用量子数 n,l,ml ms 来描述来描述6 51234n为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 能级:粒子的内部能量值 高能级:能量较高的能级 低能级:能量较低的能级基能级:能量最低的能级(相应的状态称基态）激发能级:能量高于基能级的其它所有能级(相应状态称激发态)6 51234n激发态激发态基态基态为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益二二.四个量子数四个量子数 （表征电子的运动状态）（表征电子的运动状态）1.1.主量子数主量子数 n (1,2,3,)2.2.辅量子数辅量子数代表轨道的形状和轨道角动量l (0，1，2，.,n-1)大体上大体上决定了电子能量决定了电子能量,代表电子运动区域的大小和它代表电子运动区域的大小和它的总能量的主要部分的总能量的主要部分1llL(角量子数角量子数)1(,2,1,0nl 对同一个对同一个 n ，角动量有角动量有n个不同的值但能量相同，个不同的值但能量相同，代表代表轨道的形状和轨道角动量，这也同电子的能量有关轨道的形状和轨道角动量，这也同电子的能量有关.对于对于l=0，1，2，3等的电子顺次，依次用字母等的电子顺次，依次用字母s、p、d、f 来表示，通常来表示，通常称称 s电子、电子、p电子电子3.3.磁量子数磁量子数 ml (0，1，2，.,l)lzmL 代表轨道在空间的可能取向，即轨道角动量在某一特代表轨道在空间的可能取向，即轨道角动量在某一特殊方向的分量殊方向的分量为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l=2 2 0,Lz对对 z 轴旋转对称轴旋转对称例如例如：Lz02 2 z2 10,mllzmL 6 L角动量大小是角动量大小是 6)12(2LZ方向分量有：方向分量有：2l+1=5 种取值种取值在空间在空间有五种可能的有五种可能的取向，是取向，是量子化量子化的的L说明说明为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益4.4.自旋磁量子数自旋磁量子数 ms (1/2,-1/2)决定电子自旋角动量空间取向决定电子自旋角动量空间取向即轨道角动量在某一特殊方向的分量)1(ssSsZmS 电子自旋角动量大小电子自旋角动量大小 S 在外磁场方向的投影在外磁场方向的投影)1(432121Ss 自旋量子数自旋量子数电子自旋角动量在电子自旋角动量在 外磁场中的取向外磁场中的取向自旋磁量子数自旋磁量子数 ms 取值个数为取值个数为 ms=1/22s+1=2则则 s=1/2，21ZS为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益三三.简并简并态简并简并态1.简并 与同一能级对应的有两个或以上的状态2.简并度g同一能级所对应的不同电子运动状态 的数目(单个状态内的平均光子数)。3.简并态 同一能级的各状态称简并态例：例：计算1s和2p态的简并度原子状态nlmlms简并度1s100g1=22p2110-1g2=6为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 电子电子 n=3 态态 有几种简并态？有几种简并态？角动量有角动量有 3 种种每种角动量空间取向有每种角动量空间取向有2l+1种种电子还有电子还有2种自旋种自旋所以共有所以共有18种种一般结论一般结论:简并态简并态1nsssPPd2n3n21022)12(nlZnln 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益四四.原子状态的标记原子状态的标记原子中核外电子的排布要遵守泡利不相容原理能量最低原理 一个原子内不可能有两个或两个以上的电子具有完全相一个原子内不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的状态同的状态 或说或说 一个原子内不可能有四个量子数完全相同的电子一个原子内不可能有四个量子数完全相同的电子 或说或说 不可能有两个或两个以上的电子处于同一个量子态不可能有两个或两个以上的电子处于同一个量子态1.1.泡利不相容原理泡利不相容原理 电子填充各壳层的次序是：电子填充各壳层的次序是：1s1s，2s2s，2p2p，3s3s，3p3p，4s4s，3d3d，4p4p，5s5s，4d4d，5p5p，6s6s为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益2.2.能量最低原理能量最低原理“电子优先占据最低能态电子优先占据最低能态”ZeSPDnl1021032103d3p3s 2p2s 1s n=1n=2n=3为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益相同 n,l 组成一个支壳层 对应于l=0,1,2,3,的各支壳层 分别记做 s,p,d,f,g,h3.原子的电子组态符号原子的电子组态符号例例:钠原子有11个核外电子,钠原子基态的电子组态为spss3 2 2 1622n3的激发态的钠原子电子组态为)3 2 2 1(622ppss)3 2 2 1(622dpss)4 2 2 1(622spss等等 2 2 1622pss这这10原子称原子实。原子实以外原子称原子实。原子实以外的电子称为价电子，可以被激发的电子称为价电子，可以被激发为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益4.原子态的标记原子态的标记 由于原子中电子的轨道角动量与自旋角动量之间的相互作用,原子的同一电子组态可以形成不同的原子组态。（以两个电子为例来说明）)(211ssG 两个电子各有其轨道运动（l1，l2）和自旋运动（s1，s2），每一种运动都产生磁场，因此对其他运动都产生影响。这四种运动可以有六种相互作用：)(113slG)(212l lG)(215slG)(224slG)(126slG 一般情况下，G5、G6比较弱，可以忽略。LS耦合耦合 G1、G2 比G3、G4强,只考虑G1、G2 偶合.JJ耦合耦合 G3、G4 比G1、G2强,只考虑G3、G4 偶合.在 LS耦耦中，两个轨道角动量合成一个总轨道角动量，其量子数为L，L=l1+l2，l1+l2-1.l1-l2 两个自旋角动量合成一个总自旋角动量，其量子数为S,S=s1+s2 或 s1-s2为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益然后,总自旋角动量和总轨道角动量合成总角动量J，其量子数为J=L+S ,L+S-1 L-S。这样，就可以说明一对电子在某一组态可能形成的不同原子态。用用 表示原子组态，符号表示原子组态，符号L用大写字母如：用大写字母如：S、P、D、F、G、H表示表示,分别对应分别对应L=0,1,2,3,4.JSL12 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益五五.玻耳兹曼分布玻耳兹曼分布 1.1.玻耳兹曼玻耳兹曼分布分布(热平衡分热平衡分布布)热平衡状态下,处于某一能级Ei的粒子数密度ni(单位体积内的粒子数,常简称称粒子数)为 kTEiiiegn其中其中:T-T-热平衡时的绝对温度热平衡时的绝对温度 ni-处在能级处在能级Ei的原子数的原子数 g i-能级能级Ei的简并度的简并度 k-玻耳兹曼玻耳兹曼分布常数分布常数 能级E2与E1粒子数密度之比为(通常设E2E1):kTEEeggnn/)(121212讨论讨论(设设g i=g j):(1)(1)如果如果E2-E1很小很小,且满足且满足E=E2-E1kT,则则1/)(1212kTEEennE2E1E2E1为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益(3)若E1为基能级且E2距E1较远,即 E2E1较大,则 n2 n1kTEEeggnn/)(121212 结论结论:热平衡状态下热平衡状态下,绝大多数粒子处于基态绝大多数粒子处于基态 (2)(2)因因E2E1,一般有一般有n2n1(因为因为g g1 1和和g g2 2为同一数量级即为同一数量级即g g1 1gg2 2)即即 热平衡状态下热平衡状态下,高能级上的粒子数密度总是较小高能级上的粒子数密度总是较小。ToEiEnni为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益总结 1）kTEEE12112nn2）kTEEE12012nn3）T0且E2E1，n2n1为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益六六.辐射跃迁和非辐射跃迁辐射跃迁和非辐射跃迁1.跃迁跃迁:粒子由一个能级过渡到另一能级的过程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)发射跃迁发射跃迁:粒子发射一光子粒子发射一光子=hv=E2E1而由高能级跃迁而由高能级跃迁至低能级至低能级;E2E1hEE12吸收跃迁吸收跃迁:粒子吸收一光子粒子吸收一光子=hv=E2E1 而由低能级跃迁而由低能级跃迁至高能级至高能级.E2E1为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.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)4.激发态的平均寿命 :粒子在激发态停留时间的平均值的 典型 值:10-710-9秒5.亚稳态亚稳态:若某一激发能级与较低能级之间没有或只有微弱的辐射若某一激发能级与较低能级之间没有或只有微弱的辐射 跃迁跃迁,则该态的平均寿命会很长则该态的平均寿命会很长(10(10-3-3秒秒),),称亚稳能级称亚稳能级,相应的态相应的态为亚稳态。为亚稳态。一般，一般，能级寿命能级寿命 10-8 10-9 S 如如H原子原子 2p态态 0.16 10-8 S 3p态态 0.54 10-8S 亚稳态：亚稳态：如如He原子的两个亚稳态能级原子的两个亚稳态能级(20.55eV)10-4 S (19.77eV)10-6 S