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原子能级和辐射跃迁
原子能级和辐射跃迁
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；
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。
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；
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=r×p
一.原子的能级和简并度
由量子力学得出的氢原子能级图
玻尔理论的一条能级对应于电子的一种轨道
量子力学的一条能级
则对应于电子的一种状态
每个状态用量子数 n , l , ml ms
来描述
6

5
1
2
3
4
n
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

5
1
2
3
4
n
激发态
基态
二. 四个量子数
（表征电子的运动状态）
1.主量子数 n ( 1 , 2 , 3, ……)
2. 辅量子数代表轨道的形状和轨道角动量l ( 0，1，2，……. , n -1 )
大体上决定了电子能量, 代表电子运动区域的大小和它的总能量的主要部分
(角量子数)
对同一个 n ，角动量有n个不同的值但能量相同，代表轨道的形状和轨道角动量，这也同电子的能量有关.对于l=0，1，2，3等的电子顺次，依次用字母s、p、d、f 来表示，通常称 s电子、p电子
3. 磁量子数 ml ( 0，±1， ± 2，……. , ± l )
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
l = 2
对 z 轴旋转对称
例如：
Lz
0
z
角动量大小是
Z方向分量有：2l+1 = 5 种取值
在空间有五种可能的取向，是量子化的
说明
4.自旋磁量子数 ms ( 1/2 , -1/2 )
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
电子自旋角动量大小
S 在外磁场方向的投影
s —自旋量子数
电子自旋角动量在
外磁场中的取向
自旋磁量子数 ms 取值个数为
ms = ±1/2
2s +1= 2
则 s = 1/2 ，
三. 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：计算1s和2p态的简并度
原子状态
n
l
ml
ms
简并度
1s
1
0
0
g1=2
2p
2
1
1
0
-1
g2=6
电子 n =3 态
有几种简并态？
角动量有 3 种
每种角动量空间取向有2l+1种
电子还有2种自旋
所以共有18种
一般结论: 简并态
s
s
s
P
P
d
四. 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同的状态
或说 一个原子内不可能有四个量子数完全相同的电子
或说 不可能有两个或两个以上的电子处于同一个量子态
1.泡利不相容原理
电子填充各壳层的次序是：
1s，2s，2p，3s，3p，4s，3d，4p，5s，4d，5p，6s…
2.能量最低原理
“电子优先占据最低能态”
Ze
S
P
D
n
l
1
0
2
10
3
210
3d3p3s
2p2s
1s
n=1
n=2
n=3

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