]> 1. 7. Спектры атомов с двумя и более электронами на верхней подоболочке
 
Домой Взаимодействие атомов с частицами и веществом>> Разделы Список литературы Обозначения Справочник


1.Атомы

1.7.Спектры атомов с двумя и более электронами на верхней подоболочке

Предыдущий Атомы Следующий

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 He 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). Поскольку разрешены переходы только при Δ S=0, То между синглетными и триплетными состояниями нет дипольных переходов.

Нижнее состояние 2 3S ортогелия (конфигурация 1s 12s 1) называют метастабильным. Его энергия связи (4,77 эВ) мала по сравнению с энергией связи нижнего состояния парагелия (24,59 эВ) (конфигурация 1s 2). Переход атома He из триплетного состояния в синглетное возможен безызлучательно, например, при столкновении с другой частицей. При этом наиболее вероятны переходы 2 1S0--2 3S1, обладающие минимальным различием энергии. В принципе возможен переход 2 3S1--1 1S0 с излучением (или поглощением) фотона. Однако вероятность его мала. Она может быть описана квадрупольным приближением при расчете матричного элемента (41) [1].

В атоме He наблюдается самая большая разность между основным и первым возбужденным состояниями (19,82 эВ), которая объясняется сильной связью электронов в первой замкнутой оболочке (12). По этой же причине He имеет самую большую энергию ионизации атома (24,59 эВ).

На рис 6 показана схема энергитических уровней и разрешенных переходов атома ртути, конфигурация которого ( ...5s 25p 65d 166 2) состоит из двух электронов на верхней 6s 2-подоболочке и 78 электронов, образующих остов из замкнутых оболочек и подоболочек. Как и в случае He, ожидается разделение состояний на синглетные и триплетные. Однако атом тяжелый и возможно нарушение LS связи. И действительно, в спектре ртути наблюдается несколько линий в нарушение правила отбора Δ S=0. В частности, имеется переход 3 P1--1 S0, приводящий к появлению сильной линии с λ = 2537 Å в ультрафиолетовой области спектра.

Анализ спектров электронов с несколькими электронами на верхней оболочке необходимо начинать с изучения 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 в несколькими p-электронами. Подробно спектры атомов разобраны в работе [3].

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

B:1s 22s 22p 1.Основной терм2P1/2.
Al:1s 22s 22p 63s 22s 23p 1.Основной терм2P1/2.

Вблизи основного терма лежит терм 2P3/2(спин-орбитальное расщепление).

Возбуждение p-электронов приводит к структуре уровней и переходов, показанных на рис 7. Термы B приведены в табл. 6.

Из табл. 6 видно, что наряду с возбуждением p-электрона возможно возбуждение s-электрона.

Элементы с двумя p-электронами: C, Si, Ge, Sn, Pb. Возможные термы углерода C представлены в табл. 7.

C:1s 22s 22p 2.Основной терм3P0.

Схема основных термов и переходов углерода и германия показана на рис 8.

Элементы с темя эквивалентными p-электронами: N, P, As, Sb, Bi. Возможные термы натрия N представлены в табл. 8.

N:1s 22s 22p 3.Основной терм4S3/2.

Схемы переходов в атоме азота показаны на рис. 9.

Состояния атомов, у которых в верхней подоболочке число электронов превышает половину максимального числа, могут быть определены по состояниям атомов, число электронов в верхней подоболочке которых равно количеству, не достающему до максимума, т.е. группы p1 и p5 , p2 и p4 имеют соответственно одинаковые основные термы. Возбужденные состояния этих атомов подробно рассмотрены в работе [3].

Предыдущий Атомы Следующий