1.3 原子的能级、分布和跃迁
1-1.3原子的基态与激发态、光谱
第3课时能量最低原理、基态与激发态、光谱
一、能量最低原理
原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。
二、基态与激发态
1.基态：处于最低能量的原子叫做基态原子。
例如：Na原子的基态其实就是电子排布为1s22s22p63s1的状态。
2.激发态：当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。
例如：如果Na原子的基态的某一能级吸收了能量，就会发生跃迁到更高能量的能级，如Na基态中的2p能级吸收了能量，那么其中的一个电子就有可能跃迁到3s能级，最终形成激发态的1s22s22p53s2
3.基态、激发态相互间转化的能量变化
吸收能量
激发态原子
释放能量，主要形式为光
三、原子光谱
1.定义：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，若用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，则可确立某种元素的原子，这些光谱总称原子光谱。
2.分类：发射光谱、吸收光谱
锂、氦、汞的发射光谱锂、氦、汞的吸收光谱特征：发生光谱为暗背景，亮线，线装连续不断
吸收光谱为亮背景，亮线，线装连续不断
注意：烟色反应的原理就是原子从基态变为激发态，再从激发态变成基态时的电子跃迁造成的能量以可见光形式释放的过程，所以是一个物理变化。
3.光谱应用：①光谱分析，利用原子光谱的特征谱线来鉴定元素。
.②解释霓虹灯发光，烟火发光等生活现象。
原子光谱与能级跃迁
原子光谱与能级跃迁原子光谱作为一种重要的光谱分析方法，通过观察物质在特定条件下发射或吸收光的行为，可以研究原子内部的能级结构及其跃迁规律。
本文将介绍原子光谱的基本原理，并探讨能级跃迁对原子光谱的影响。
一、原子光谱的基本原理原子光谱是研究原子内部能级结构的重要手段。
当原子受到能量激发时，电子会从低能级跃迁到高能级，或从高能级跃迁到低能级，这个过程中会伴随着光的发射或吸收。
根据光的波长、频率或能量，可以确定原子内部的能级差异和电子的跃迁规律。
在光谱分析中，常用的光源有连续光源和线状光源。
连续光源产生的光谱是连续的，包括各种波长的光，而线状光源产生的光谱是离散的，只包含特定波长的光。
原子光谱常常使用线状光源，因为原子内部的能级结构是离散的，只有在特定波长下才能发生跃迁。
二、原子光谱的形成与原子内部能级的跃迁密切相关。
在原子的能级结构中，电子围绕原子核以不同的能级存在。
当原子受到能量激发时，电子可以跃迁到较高的能级，也可以从较高的能级跃迁到较低的能级。
这种跃迁过程中伴随着能量的吸收或发射，产生了特定波长的光。
原子的能级跃迁可以分为吸收和发射两种情况。
当原子经历吸收过程时，电子从低能级跃迁到高能级，吸收了能量。
而在发射过程中，电子从高能级跃迁到低能级，释放出能量，形成了特定波长的光谱线。
不同元素的原子具有不同的能级结构，因此它们的光谱线也是独特的，可以用于元素的鉴定和分析。
原子光谱包括吸收光谱和发射光谱。
吸收光谱是指原子吸收特定波长的光线后产生的光谱，它可以用于判断分析物中是否存在某种元素。
发射光谱则是指原子在受到激发后发射光线的光谱，通过观察元素特定波长的发射光谱，可以确定样品中元素的含量。
三、原子光谱的应用原子光谱在科学研究、工业生产和环境监测等领域都有广泛的应用。
以下列举几个典型的应用案例：1. 光谱分析：原子光谱可以用于分析样品中元素的类型和含量，例如用火焰原子吸收光谱法可以测定水样中金属元素的含量。
原子物理中的原子能级与光谱跃迁
原子物理中的原子能级与光谱跃迁原子能级与光谱跃迁是原子物理领域中的重要概念和研究内容。
在本文中，我们将介绍原子能级的概念、原子光谱的特点以及光谱跃迁的机制，以帮助读者更好地理解和掌握这些知识。
一、原子能级的概念与特点原子能级是描述原子内部电子分布状态的离散能量水平。
根据量子力学理论，原子中的电子只能处于一系列离散的能级上，而不能处于这些能级之间的任意能量值。
原子能级之间的能量差称为能级间隔，不同原子具有不同的能级结构。
原子能级的特点是离散性和分层性。
离散性体现在能级只能取特定的能量值，而不能连续变化。
分层性体现在原子能级的排布方式，即能量较低的能级靠近原子核，能量逐渐升高的能级在外层。
二、原子光谱的特点与类型原子光谱是原子在吸收或发射电磁辐射时所呈现的谱线特征。
原子光谱可分为吸收光谱和发射光谱两种类型。
1. 吸收光谱：当原子处于低温状态下，被外界电磁辐射激发时，会吸收特定波长的光，并发生能级跃迁。
这些吸收光谱呈现为连续的谱带或以黑线形式出现在连续谱背景上，称为吸收线或吸收带。
2. 发射光谱：当原子从高能级跃迁到低能级时，会发出辐射波长对应的光子。
这些发射光谱呈现为离散的谱线，在黑背景上呈现出亮线的形式，称为发射线。
三、原子能级跃迁的机制原子能级跃迁是指原子内的电子从一个能级跃迁至另一个能级的过程。
能级跃迁可以分为激发态跃迁和基态跃迁两种类型。
1. 激发态跃迁：当原子受到外界电磁辐射或其他因素激发时，电子从较低能级跃迁至较高能级。
这种跃迁是吸收光谱的基础，对应于吸收线的出现。
2. 基态跃迁：当原子从激发态返回基态时，电子从较高能级跃迁至较低能级，并发出电磁辐射。
这种跃迁是发射光谱的基础，对应于发射线的出现。
原子能级跃迁的机制可以通过量子力学的理论计算和实验观测来研究。
通过精确的能级计算和光谱分析，科学家们能够揭示原子内部电子行为的规律和特点，进而推动量子物理理论的发展。
结语原子能级与光谱跃迁在原子物理领域中具有重要的地位和作用。
原子轨道能和原子轨道能级的关系
原子轨道能和原子轨道能级的关系一、原子轨道能原子轨道是描述原子中电子分布位置的概念，而原子轨道能则是指电子在这些轨道上所具有的能量。
1.1 原子轨道能的计算原子轨道能可以通过求解薛定谔方程得到。
薛定谔方程是描述物质微粒波函数随时间变化的方程，利用薛定谔方程可以得到电子在原子中的波函数，而波函数的平方则给出了电子在不同位置上出现的概率密度。
通过对波函数的计算和分析，可以得到不同原子轨道上电子的能量，并将其表示为原子轨道能。
1.2 原子轨道能的特点原子轨道能具有以下几个特点：- 不同轨道有不同的能量。
在简并的情况下（即具有相同能量的轨道），轨道能可以相等；在非简并的情况下，轨道能必定是不同的。
- 轨道能随着原子核电荷数的增加而降低。
原子核的电荷数增加会增加核吸引电子的能力，导致电子的能量降低。
1.3 原子轨道能的计算方法原子轨道能的计算方法有多种，主要包括量子化学方法、密度泛函理论和巴特勒-施威克近似等。
这些方法可以对原子轨道能进行定量计算和分析，为理解原子内部电子分布和化学行为提供了重要的理论基础。
二、原子轨道能级原子轨道能级是指原子轨道在能量上的分层结构，不同能级上的轨道能量不同，代表了电子在原子中的不同分布状态。
2.1 原子轨道能级的表示方法原子轨道能级通常使用能量量子数和角动量量子数来表示。
能量量子数n表示了原子轨道能级的大小，而角动量量子数l则表示了轨道的角动量大小。
通过这两个量子数的组合可以确定原子轨道的具体能级。
2.2 原子轨道能级的性质原子轨道能级具有以下几个主要性质：- 能级数目受限。
根据量子力学的理论，原子轨道能级的数量是有限的，每个能级上能容纳的电子数也是有限的。
- 能级间隔不等。
原子轨道能级之间的能量差异并不是固定的，不同的能级间隔是不同的。
- 能级分布规律性。
原子轨道能级的分布遵循一定的规律，如经典的玻尔模型可以用来解释氢原子的能级分布。
2.3 原子轨道能级的应用原子轨道能级的描述和理解对于原子光谱、化学键形成和化学反应机理等方面都具有重要意义。
原子物理中的原子能级与光谱跃迁
原子物理中的原子能级与光谱跃迁原子物理是物理学中的重要分支，研究的是原子的结构和性质。
原子能级与光谱跃迁是原子物理中的两个重要概念，它们对于解释原子的能量变化和辐射现象具有重要意义。
本文将介绍原子能级的概念、能级的表示方法以及光谱跃迁的原理与应用。
一、原子能级的概念原子能级是指原子在能量上分立的状态，每个能级对应着一定的能量。
原子能级的存在使得原子在特定能量范围内具有稳定的状态，同时也决定了原子的化学和物理特性。
原子能级由整数或半整数的量子数来表示，不同能级之间的能量差异称为能级间隔。
二、能级的表示方法1. 能级图表示法能级图是用来表示原子能级的一种图示方法。
图中，每个水平线代表一个能级，能级越靠近原子核，能量越低。
原子在基态时，所有电子都分布在最低的能级上；当原子受到外界的激发时，电子可能从较低能级跃迁到较高能级。
2. 能级方案表示法能级方案是对原子的能级进行数学描述的方法。
不同的能级方案适用于不同的原子，常用的能级方案有Rutherford-Bohr模型、量子力学模型等。
其中，Rutherford-Bohr模型适用于氢原子，用主量子数n来表示能级；量子力学模型适用于多电子原子，用主量子数n、角量子数l和磁量子数m来表示。
三、光谱跃迁的原理与类型光谱跃迁是指电子在原子中由一个能级跃迁到另一个能级时伴随的辐射或吸收电磁辐射现象。
根据能级之间跃迁的方式和辐射光谱的特点，光谱跃迁可分为吸收光谱、发射光谱和散射光谱。
1. 吸收光谱吸收光谱是指原子在低能级吸收能量导致电子跃迁到高能级时产生的光谱。
吸收光谱可以通过光谱仪观测到，通常以黑线或黑带的形式出现在连续光源的光谱中，这些黑线或黑带对应着原子吸收光的特定波长。
2. 发射光谱发射光谱是指原子在高能级电子跃迁到低能级时释放能量而产生的光谱。
发射光谱通常出现在光源中，具有离散的亮线光谱，每条亮线对应着特定波长的光。
这些亮线光谱可以通过光谱仪分析得到，有助于确定原子中能级的结构和能量。
原子结构知识：原子能级上的跃迁
原子结构知识：原子能级上的跃迁一、介绍原子结构和能级1.1原子结构的组成原子是由原子核和围绕在原子核外的电子组成。
原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子没有电荷。
电子带负电荷，绕着核运动。
1.2能级概念原子中的电子绕核运动，其运动状态不是任意的，而是有一定规律的。
这种状态叫做能级。
原子的能级可根据其能量的不同分为基态、激发态等。
二、原子能级的特性2.1能级的稳定性原子中的能级是稳定的，电子在能级上的运动称为平稳的，每个能级的电子数是固定的，数量一定。
2.2能级的离散性原子能级是离散的，即不是连续的，而是分立的。
每个原子能级都有特定的能量值，而且能量值之间有间隔。
2.3能级的描述原子的能级用量子数来描述，主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数。
三、原子能级的跃迁3.1能级跃迁的概念当原子从一个能级跃迁到另一个能级时，称为能级跃迁。
能级跃迁可以是电子的一个状态改变，也可以是原子整体的一个状态改变。
3.2吸收和发射能级跃迁主要包括两部分，吸收和发射。
当原子吸收能量时，电子会从低能级跃迁到高能级，这叫做吸收；当电子从高能级跃迁到低能级时，释放出能量，这叫做发射。
3.3能级跃迁的方式能级跃迁主要有自发跃迁、受激跃迁和辐射跃迁三种方式。
自发跃迁是电子自发地从高能级跃迁到低能级，受激跃迁是在外界的作用下引起的跃迁，辐射跃迁是伴随着辐射能量的跃迁。
四、能级跃迁与光谱4.1能级跃迁与光谱原子的能级跃迁和发射或吸收光子之间有密切的关系，所以带来光谱的现象。
能级跃迁和光谱的性质之间有着天然的联系。
4.2光谱的类型光谱主要分为吸收光谱和发射光谱两种。
吸收光谱是原子从低能级跃迁到高能级时吸收的光线产生的光谱，发射光谱是原子从高能级跃迁到低能级时释放的光线产生的光谱。
4.3光谱的应用光谱学是一门研究各种光谱现象的学科，它在天文学、物理学、化学等领域有着广泛的应用。
通过对光谱的观测和分析，可以了解物质的组成、结构和特性。
原子结构及其能级跃迁
原子结构及其能级跃迁在我们探索物质世界的奥秘时，原子结构及其能级跃迁是一个极其重要的领域。
这不仅是物理学中的关键概念，也在化学、材料科学等众多学科中有着广泛的应用。
让我们先来了解一下原子的结构。
原子就像是一个小小的“宇宙”，它由位于中心的原子核和围绕原子核运动的电子组成。
原子核非常小，但却集中了原子几乎所有的质量，它由质子和中子构成。
质子带正电荷，中子不带电。
而电子则带负电荷，在原子核外的“轨道”上运动。
但这里说的“轨道”可不是像行星围绕恒星那样有着明确的路径，而是一种概率分布。
电子在原子核外的空间中出现的位置具有不确定性，我们只能通过概率来描述它们可能出现的区域，这就是所谓的“电子云”。
那么，什么是能级跃迁呢？简单来说，电子只能在特定的、分立的能量状态下存在，这些能量状态就被称为能级。
电子在不同的能级之间移动，就叫做能级跃迁。
为什么会发生能级跃迁呢？这是因为原子要保持稳定的状态。
当原子吸收能量时，比如吸收光子，电子就有可能从低能级跃迁到高能级。
相反，当电子从高能级跃迁回低能级时，就会释放出能量，同样可能以光子的形式放出。
能级跃迁的概念对于理解原子的行为和性质至关重要。
比如，在发光现象中，当电子从高能级跃迁回低能级时，释放出的光子能量就决定了光的颜色。
不同的原子，由于其能级结构的不同，发出的光的颜色也各不相同。
这就是为什么我们能够通过光谱分析来确定物质的成分。
再比如，在激光的产生过程中，也涉及到大量原子的能级跃迁。
通过特定的机制，使得大量原子处于高能级，然后在一定条件下同时跃迁回低能级，释放出大量频率、相位相同的光子，从而形成强大的激光束。
在实际应用中，能级跃迁的知识也有着广泛的用途。
在半导体领域，通过控制材料中原子的能级结构，可以制造出各种电子器件，如晶体管、二极管等。
在量子计算中，利用原子的能级跃迁来实现量子比特的操作，为未来的计算技术带来了巨大的潜力。
从更深层次来看，对原子结构和能级跃迁的研究也推动了物理学理论的发展。
原子光谱与能级跃迁
原子光谱与能级跃迁光谱学是研究物质与光之间相互作用的科学，而原子光谱则是光谱学中的一个重要分支。
原子光谱的研究对于理解原子的内部结构和物质的性质具有重要意义。
在原子光谱中，能级跃迁是一个关键概念，它描述了原子在吸收或发射光子时电子能级的变化。
在原子光谱研究中，我们通常使用光源将光通过样品中的原子，然后通过光谱仪进行分析。
当光通过原子时，原子中的电子会吸收光子的能量，从而跃迁到更高能级的状态。
这个过程称为吸收光谱。
吸收光谱的特征是在光谱图上出现吸收峰，每个吸收峰对应着一个特定的能级跃迁。
原子中的电子也可以从高能级跃迁到低能级，释放出光子的能量。
这个过程称为发射光谱。
发射光谱的特征是在光谱图上出现发射峰，每个发射峰对应着一个特定的能级跃迁。
通过分析吸收光谱和发射光谱，我们可以确定原子中的能级结构和能级跃迁的规律。
能级跃迁是原子光谱中的核心概念。
在原子中，电子围绕原子核运动，具有不同的能级。
这些能级之间存在着一定的能量差，当电子跃迁到不同能级时，会吸收或释放特定能量的光子。
这个能量差与光子的频率和波长有关，通过测量光谱图中的峰值位置，我们可以计算出能级之间的能量差。
能级跃迁不仅仅是原子光谱的基础，也是许多实际应用的关键。
例如，在光谱分析中，我们可以通过测量样品的吸收光谱来确定样品中的化学成分。
不同元素的原子具有不同的能级结构，因此它们会吸收不同波长的光。
通过比较样品的吸收光谱与已知元素的光谱数据库，我们可以确定样品中的元素种类和浓度。
能级跃迁还在激光技术中发挥着重要作用。
激光是一种具有高度定向性和单色性的光束，它的产生和放大过程涉及到原子中的能级跃迁。
通过激发原子中的电子跃迁到高能级，然后在受激辐射的作用下回到低能级，原子可以释放出一束高强度、单色性好的激光光束。
激光技术在医学、通信、材料加工等领域有着广泛的应用。
总之，原子光谱与能级跃迁是光谱学中的重要概念。
通过研究原子的能级结构和能级跃迁规律，我们可以深入理解物质的性质和相互作用机制。
原子光谱学与能级跃迁
原子光谱学与能级跃迁光谱学是一门研究物质光谱特性的学科，而原子光谱学则是其重要的分支之一。
原子光谱学主要研究原子在自由态和激发态之间的能级跃迁过程，并通过分析这些能级跃迁所产生的光谱现象，揭示物质的内部结构和性质。
本文将介绍原子光谱学的基本概念、能级跃迁的原理以及其在科学研究和实际应用中的重要性。
一、原子光谱学基本概念原子光谱学研究的对象是原子在特定条件下发射或吸收特定波长的光线所表现出的光谱现象。
在特定条件下，原子可以从基态跃迁到激发态，或者从激发态回到基态，这些能级之间的跃迁是原子发射或吸收特定波长的光线的根本原因。
原子光谱学主要分为发射光谱和吸收光谱两种类型。
发射光谱是指原子从激发态回到基态时所发射出的光谱，吸收光谱则是原子在吸收特定波长的光线时所表现出的光谱。
二、原子能级跃迁的原理原子的能级跃迁是原子光谱学研究的核心。
原子的能级是指原子中电子可能存在的不同能量状态，具有一定的能级差。
原子从低能级跃迁到高能级的过程称为激发，而从高能级跃迁到低能级的过程称为自发辐射。
原子能级的跃迁是由电子的吸收或释放能量引起的。
当原子吸收足够能量时，电子从基态激发到激发态。
而在激发态，电子具有较高的能量，可以通过自发辐射的方式返回到基态。
在此过程中，原子会发射出特定波长的光线，形成特定的光谱线。
原子能级的构成与电子的分布有关。
在原子中，电子存在于不同的轨道和能级上。
每个能级都有固定的能量。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，它会吸收或释放与两个能级之间的能量差相等的光子。
三、原子光谱学的应用原子光谱学在物理学、化学、天文学等领域具有重要的应用价值。
1. 分析元素成分：通过分析物质的发射光谱，可以确定物质中所含元素的种类和相对含量。
这对于材料的制备和质量控制具有重要意义。
2. 发展光谱学技术：原子光谱学的研究推动了光学仪器和光谱学技术的发展。
例如，光谱仪、光电倍增管等设备的发展使得原子光谱学的实验研究更加精确和扩展。
原子物理学能量分配
原子物理学能量分配能量是物质存在的一种形式，它在原子物理学中有着重要的作用。
原子物理学能量分配是指能量在原子级别上的分布和转移方式。
在原子物理学中，能量的分配与原子结构、粒子运动和相互作用等因素密切相关。
本文将探讨原子物理学中能量的分配过程以及相关理论和实验。
一、能量的来源与转移在原子物理学中，能量的来源多样化，包括电磁辐射、粒子的碰撞和原子的热运动等。
其中，电磁辐射是一种重要的能量来源，包括可见光、紫外线、X射线等。
电磁辐射通过与原子的相互作用，来释放和吸收能量。
能量的转移在原子内部和原子之间进行。
在原子内部，能量可以通过电子在不同能级之间跃迁来转移。
当电子从高能级跃迁到低能级时，会释放出光子能量，形成谱线。
这种能量转移过程在光谱分析中有着重要的应用。
在原子之间，能量的转移主要通过碰撞来实现。
当两个原子碰撞时，能量会在它们之间传递、分配和转化。
这种碰撞过程在稀薄气体中的热传导、热辐射等现象中起着关键作用。
二、能级分布和概率分布在原子物理学中，能级分布是描述原子内部能量状态的重要概念。
原子的能级分布可以用能级图来表示。
能级图中，能级按照能量的高低排列，上面标有相应的量子数和能量值。
能级分布是能量分配的基础，它决定了电子在原子内部的运动方式和跃迁过程。
根据波尔模型和量子力学理论，能级分布可用数学方法进行描述和计算。
根据经典统计力学理论，能级分布与温度有一定的关系。
除了能级分布，能量在原子物理学中还涉及到概率分布。
概率分布描述了粒子在不同能级上出现的概率。
由于量子力学的不确定性原理，粒子的位置和能量不能同时完全确定，而是以概率的形式出现。
三、分子振动和旋转在原子物理学中，分子振动和旋转是能量分配的重要方面。
分子振动是指分子中原子的相对位移和辐射能量的过程。
分子振动可以由分子光谱进行研究，它与能级分布和谱线形状有关。
分子旋转是指分子整体的旋转运动。
分子旋转在化学反应和热力学等方面具有重要意义。
分子在不同能级上的旋转状态可由转动常数和选择定则来描述。
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n
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
6 5 4 3
2
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 1
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)
一般，能级寿命 10-8 10-9 S 如H原子 2p态 0.1610-8 S 3p态 0.5410-8S 亚稳态：如He原子的两个亚稳态能级 (20.55eV) 10-4 S (19.77eV) 10-6 S
讨论(设g i= g j) :
n2 g 2 ( E2 E1 ) / kT e n1 g1
n2 e ( E2 E1 ) / kT 1 n1
(1)如果E2 - E1很小,且满足
△E = E2 - E1＜＜kT,则
n2 g 2 ( E2 E1 ) / kT e n1 g1
Lz ml
例如：l = 2 角动量大小是
L 2(2 1) 6
Z方向分量有：2l+1 = 5 种取值
z Lz
2
2
L 6
Lz ml
ml 0, 1, 2
0
Lz 0, , 2
说明 L 在空间有五种可能的 取向，是量子化的
分别记做 s, p, d, f, g, h…
例: 钠原子有11个核外电子,钠原子基态的电子组态为
1s 2 2s 2 2 p 6 3s 1s 2 2s 2 2 p 6
这10原子称原子实。原子实以外 的电子称为价电子，可以被激发
n≥3的激发态的钠原子电子组态为
(1s 2 2s 2 2 p 6 3 p) (1s 2 2s 2 2 p 6 3d ) (1s 2 2s 2 2 p 6 4s) 等等
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”
n 3 Ze S
n=1 n=2 n=3
l
2 3d 1 3p 0 3s
P
D
2
1 2p 0 2s
1
0 1s
3.原子的电子组态符号 相同 n, l 组成一个支壳层 对应于l = 0, 1, 2, 3,…的各支壳层
4.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） 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：
G1 (s1s2 ) G2 (l1l2 )
E1
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.激发态的均寿命 τ : 粒子在激发态停留时间的平均值τ的
典型 值: 10-7～10-9秒
5.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 跃迁, 则该态的平均寿命会很长(≥10-3秒), 称亚稳能级,相应的态 为亚稳态。
G3 (l1s1 )
G4 (l2 s2 )
G5 (l1s2 )
G6 (l2 s1 )
一般情况下，G5 、G6比较弱，可以忽略。 LS耦合—— G1 、G2 比G3 、G4强,只考虑G1 、G2 偶合. JJ耦合—— G3 、G4 比G1 、G2强,只考虑G3 、G4 偶合. 在 LS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
2s +1= 2 则 s = 1/2 ， ms = ±1/2
S
1 1 2 2
( 1)
3 4
电子自旋角动量在 外磁场中的取向
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
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 2S 1LJ 表示原子组态，符号L用大写字母如：S、P、D、 F、G、H……表示,分别对应L=0,1,2,3,4…..
五. 玻耳兹曼分布
L l l 1
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
对 z 轴旋转对称
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 s(s 1)
SZ 1 2
s —自旋量子数 • S 在外磁场方向的投影
S Z ms 自旋磁量子数 ms 取值个数为
1. 玻耳兹曼分布(热平衡分布)
E2
ni g i e
Ei
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
E1
kT
其中: T---热平衡时的绝对温度 ni --- 处在能级Ei的原子数 g i--能级Ei的简并度 k---玻耳兹曼分布常数 ∴ 能级E2与E1粒子数密度之比为(通常设E2＞E1):
3）T>0且E2>E1 ，n2<n1
六. 辐射跃迁和非辐射跃迁
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) 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; E2
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
1.3 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。
一.原子的能级和简并度
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 电子 +e 原子核 角动量L=r×p
原子状态
n
1 2
l
0 1
ml
0 1 0 -1
ms
简并度
1s 2p
g1=2 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
2 Z ( 2 l 1 ) 2 2 n •一般结论: 简并态 n l 0
n 1
n 1
n2
n3
s
s
P
s
P
d
四. 原子状态的标记
1.泡利不相容原理 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 电子填充各壳层的次序是：
激发态
n
6 5 4 3
2
基态 1
二. 四个量子数
1.主量子数 n ( 1 , 2 , 3, ……) （表征电子的运动状态） 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
2. 辅量子数代表轨道的形状和轨道角动量l ( 0，1，2，……. , n -1 )
l 0,1,2,(n 1) (角量子数)
(2) 因E2＞E1,一般有n2＜n1(因为g1和g2为同一数量级即g1≈g2) 即 热平衡状态下, 高能级上的粒子数密度总是较小。 (3)若E1为基能级且E2距E1较远, 即
E2－E1较大, 则 n2 ＜＜n1
结论: 热平衡状态下, 绝大多数粒子处于基态
n
ni
o
T
Ei
E
总结
1）
2）
E E2 E1 kT n2 n1 1 E E2 E1 kT n2 n1 0