Оптические спектры атомов водорода и ртути. Определение длин волн серии Бальмера в спектре атома водорода, страница 3

группы периодической системы

Состояние электрона в атоме однозначно определяется четырьмя квантовыми числами n, l, m_e  и m_s . Согласно принципу Паули в одном и том же атоме не может быть более одного электрона с одинаковым набором этих четырех квантовых чисел. Совокупность электронов с одинаковым главным квантовым числом   n   называется электронной оболочкой. Принцип Паули определяет закон заполнения электронных оболочек. Согласно (3) число возможных ориентации момента импульса М_l электрона на данной оболочке равно n². Кроме того, каждой ориентации   М_l  может согласно (14), соответствовать 2 способа ориентации спина M_s, . Таким образом, максимально возможное число электронов на данной оболочке равно 2n² . При этом для замкнутых (полностью заполненных электронами оболочек) суммарный момент импульса и суммарный спин равен нулю. Поэтому свойства атома характеризуются моментами импульса и спинами электронов незаполненных (валентных) оболочек. У атомов второй группы периодической системы   [Zn, Cd, Нg] на внешней оболочке находятся два электрона.

Орбитальные и спиновые моменты валентных электронов складываются по законам пространственного квантования, образуя вектор М_j полного момента импульса. Результат такого сложения зависит от порядка суммирования. Обычно рассматривают две модельные ситуации:

1) суммируют отдельно орбитальные и спиновые моменты электронов, а затем определяют суммарный момент импульса;

2) суммируют орбитальный и спиновый момент каждого электрона, а затем находят сумму по всем электронам.

Векторные модели для обоих случаев приведены на рис. 4. В большинстве случаев имеет место связь первого рода ( LS -связь или рессель-сандеровская связь). Числовые значения результирующих моментов импульсов в этом случае определяются выражениями:

Здесь L и S - суммарные орбитальное и спиновое квантовые числа ; J  - квантовое число полного момента импульса

Состояния атома с различными значениями квантового числа полного момента импульса J характеризуются различными взаимными ориентациями орбитальных и спиновых моментов и поэтому обладают различной энергией. Согласно (I7) число возможных значений  J   равно (2S+1) означает, что уровень энергии с данными L. и S расщепляется на (2S+1) подуровней. Число подуровней называется мультиплетностью.

Энергетические уровни (состояния) электронов в многоэлектронных атомах так же как для атома водорода характеризуют термами, т.е. величинами, обратными минимальным длинам волн излучения при переходах электронов с данного уровня.

Терм обозначают как где n - главное квантовое число; Т - буквенное обозначение суммарного орбитального квантового числа L ,    приведенное в табл. 3   J   - квантовое число полного момента импульса;

2S+1 -мультиплетность.

Таблица 3

Например, термы 6³P₀ , 6³P₁ , 6³P₂  относятся к состояниям с одинаковыми  n = 6,  L  = 1 и  S  = 1, но различными  ,J,   равными 0,1,2, т.е. данный терм является триплетом. В системе из двух электронов S может быть равно 0 или I (см.(17)), следовательно, мультиплетность принимает значения I и 3, т.е. образуются уровни-одиночки (синглеты) и триплетные уровни.

В работе исследуется спектр излучения паров ртути. На рис. 5 изображены схема энергетических уровней атома ртути и возможные переходы между ними. При переходах выполняются кваятово-механичес-. кие правила отбора

В нормальном состоянии оба валентных электрона являются 6S электронами, так как n = 6, a l=0.