Спектры атомов с двумя и более электронами на верхней подоболочке (Раздел 1.7. учебного пособия)

1.7. Спектры атомов с двумя и более электронами

на верхней подоболочке

Схема энергетических уровней и разрешенных переходов атома гелия показана на рис. 2. Указанные уровни энергии атома отвечают конфигурациям, когда один электрон находится в нижнем 1s состоянии, а другой - в возбужденном. Правила отбора аналогичны (45).

Особенность спектра Не и аналогичных с ним  атомов и ионов (два электрона на верхней подоболочке) состоит в разделении всех состояний на синглетные (S = 0, парагелий) и триплетные (S = 1, ортогелий). Учитывая, что разрешены переходы только при , то между синглетными и триплетными состояниями нет дипольных переходов.

Нижнее состояние  ортогелия (конфигурация ) называют метастабильным. Его энергия связи (4,77 эВ) мала по сравнению с энергией связи нижнего состояния парагелия (24,59 эВ), (конфигурация ). Переход атома Не из триплетного состояния в синглетное возможен безизлучательно, например, при столкновении с другой частицей. При этом наиболее вероятны переходы  ^____ , обладающие минимальным различием энергии.

В принципе, возможен переход  ^____  с излучением (или поглощением) фотона. Однако вероятность его мала. Она может быть описана квадрупольным приближением при расчете матричного элемента (41), [1].

В атоме Не наблюдается самая большая разность между основным и первым возбужденным состояниями (19,82 эВ), которая объясняется сильной связью электронов в первой замкнутой оболочке (). По этой же причине Не имеет самую большую энергию ионизации атома (24,59 эВ).

На рис. 6 показана схема энергетических уровней и разрешенных переходов атома ртути, конфигурация которого (...) состоит из двух электронов на верхней -подоболочке и 78 электронов, образующих остов из замкнутых оболочек и подоболочек. Как и в случае Не, ожидается разделение состояний на триплетные и синглетные. Однако, атом тяжелый и возможно нарушение LS связи. И действительно, в спектре ртути наблюдается несколько линий в нарушениe правила отбора . В частности, имеется переход  ^____  приводящий к появлению интенсивной линии с  = 2537  в ультрафиолетовой области спектра.

Анализ спектров элементов с несколькими электронами на верхней оболочке необходимо начинать с нахождения возможных термов атомов. Правило нахождения термов было изложено в разделе 1.5. При возбуждении одного электрона правила отбора (45) определяют возможные переходы между состояниями, описанными в понятиях термов. Мы рассмотрели спектры с одним и двумя s-электронами. Ниже кратко остановимся на особенностях спектров с несколькими р-электронами. Подробно спектры атомов разобраны в [3].

Один р-электрон вне замкнутой подоболочки присутствует в атомах B, Al, Ga, In, Tl. Например, B и Al имеют конфигурацию:

B                     Основной терм:    .

Al       Основной терм:    

Вблизи основного терма лежит терм ²Р_3/2 (спин-орбитальное расщепление).

Возбуждение р электрона приводит к структуре уровней и переходов, показанных на рис. 7. Термы В приведены в таблице 6.

Таблица 6

Электронные конфигурации						Термы
2s	2p	3s	3p	3d	4f
2 2 2 2 2 1	1 2	1	1	1	1

Из таблицы 6 видно, что наряду с возбуждением р-электрона, возможно возбуждение s-электрона.

Элементы с двумя р электронами: C, Si, Ge,  Sn, Pb.

Возможные термы углерода C представлены в таблице 7.

C:   .     Основной терм:

Таблица 7

Электронные конфигурации						Термы		Термы
2s	2p	3s	3p	3d	4f
2 2 2 2 2	2 1 1 1 1	1	1	1	1		3P0,1,2           3P 0,1,2 3S1  3P0,1,2   3D1,2,3           3P0,1,2     3D1,2,3   3F2,3,4                              3D1,2,3     3F2,3,4   3G3,4,5	1S0            1 P1 1S0   1 P1   1D2 1S0   1D2   1F3 1D2   1F3  1G4

Схема основных термов и переходов углерода и германия показана на рис. 9.

Элементы с тремя эквивалентными р - электронами: N, P, As, Sb, Bi.

Возможные термы натрия N представлены в таблице 8.

N:   .     Основной терм:

Таблица 8

Электронные конфигурации				Термы
2p	2s	3p	3d
3 2 2 2	1	1	1	2P  2D   4S 2P   4P    2D   2S 2S   2P    2D   2F   4S   4D 2P   2D   2F   2G   4P     4D   4F

Схемы переходов в атоме азота показаны на рис. 9.