Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Как видно из таблицы 1.3, ! может иметь п значений. Соответственно, оболочки разделяются на и частей (л подоболочек), каждая из которых содержит 2 (2!+ 1) позиций, выраженных через возможные значения квантовых чисел а, и. с Распределение электронов по разным частям оболочки называется электронной конфигурацией, для которой принимается следующее обозначение: и ! ») и ! «2 22 Верхний индекс а, показывает число электронов в отдельной части оболочки, определяемое на основе главного и орбитального квантовых чисел л, !.
В обозначениях конфигурации 1=0, 1, 2, 3 цифры обычно заменяются буквами з, р, г(, ! (например, основное состояние неона имеет вид: 1з'2з'2р'). Связьзлемгяронов Нардду с притяжением электронов к атомному ядру имеет место еще и кулоновское отталкивание отдельных электронов. Кроме того, происходит спин-орбитальное взаимодействие, причем магнитные моменты орбитальных моментов количества движения воздействуют на собственные магнитные моменты электронов. Это приводит к тому, что энергетические уровни также зависят от т, и т, (расщепление уровней энергии). В зависимости от относительного размера кулоновского и спин-орбитального взаимодействия моменты количества движения отдельных электронов комбинируются (или «связываются») по-разному.
При этом принимаются во внимание, в частности, три предельных случая: 1. 25-связь (Рассела — Саундерса) имеет место, когда кулоновское взаимодействие велико по сравнению со спин-орбитальным взаимодействием. В этом случае отдельные спины сначала соединяются в полный спин 5, а отдельные орбитальные моменты — в полный орбитальный момент количества движения Е.
В результате спин-орбитального взаимодействия А и 5 составляют вектор полного орбитального момента У. Абсолютные величины результирующих моментов количества движения описываются на основе квантовых чисел 5, !, и У(2, = О, 1, 2,... = 5, Р, !),...). Показанная связь Рассела — Саундерса хорошо подходит для легких элементов и, кроме того, используется (на приближенном уровне) лля большого числа других элементов. 2. 2)-связь имеет место, когда спин-орбитальное взаимодействие велико по сравнению с кулоновским взаимодействием.
При этом спины и орбитальные моменты отдельных электронов соединяются сначала в результирующий орбитальный момент количества движения, а затем составляют полный орбитальный момент атома. Такая связь предназначена преимущественно для тяжелых атомов. 3. )1-связь имеет место, когда кулоновское взаимодействие больше спин-орбитального взаимодействия у внутренних электронов, но меньше такового у самого крайнего электрона. Такая связь особенно важна при описании спектров тяжелых инертных газов, например, ксенона. Помимо рассмотренных выше квантовых чисел вводится такое понятие, как четность Р, весьма значимое для всех типов связи.
Четность может принимать значения Р=+1 и описывает симметрию волновой функции относительно зеркального отражения. Четность формируется на основе орбитального момента количества движения ым .". электронов в отдельных оболочках. Если 2;1, имеет нечетное значение, то Р= -1 и, соответственно, Р= +1 будет для четной суммы. Состояния нечетности (англ. о<Ы) отмечаются верхним «о» в обозначении связи ЬЯ (Рассела — Саундерса).
Правила отбора Атом может изменять свое энергетическое состояние путем поглощения и излучения света. Разрешенный переход возможен, если возникающие при этом изменения квантовых чисел подчиняются правилам отбора, приведенным в таблице 1Аь Переходы, исключаюшиеся правилами отбора, именуют запрещенными переходами. Они являются долгоживущими либо метастабильными. Подробнее о поглощении и излучении света см.
в главе 2. 1.4. Молекулы Молекулы состоят из нескольких атомных ядер и одной электронной оболочки, причем отдельные электроны могут быть отнесены к определенному ядру атома или равномерно распределяются по всей молекулярной зоне. Энергетические состояния молекул, как и в случае атомов, выражаются через электронные возбуждения, но дополнительно возникает еще энергия колебаний и вращений.
Электронные состояния Молекулы образуются в результате взаимодействия сил связи электронов и силы кулоновского отталкивания атомных ядер. Рассмотрим теперь химическую связь молекул на основе системы двух атомов, например, Н и С!. Эти атомы взаимно притягиваются, образуя молекулу НС1, причем между ними устанавливается определенное расстояние (межъядерный интервал) г, (рис.1.9а). При уменьшении этого расстояния атомы отталкиваются, при его увеличении — притягиваются.
Кривая потенциала Хна рис.1.9а отображает энергию взаимодействия (потенциальную энергию) двухатомной молекулы в зависимости от межъядерного интервала г. Эта характеристика демонстрирует свой минимум при г,. Для разрушения молекулярной связи необходимо соответствующим образом разделить атомы, а для этого требуется энергия связи Е, показываюшая глубину так называемой потенциальной ямы. Кривая Хотносится к основному состоянию электронов.
Точно так же, как и в случае атомов, электроны могут возбуждаться с переходом на более высокие орбиты. Тогда при повышенных энергиях получаются другие кривые потенциала. Когда молекула переводится из основного состояния в возбужденные состояния, изменяется межьядерный интервал (г„г„г, и т.д.) и, соответственно, энергия связи. В качестве условных обозначений используются: Хдля электронного основного состояния, А, В... для возбужденных состояний.
Квантовые числа двухатомных молекул Х, Л, з. и т.д. приведены в таблице 1.5. При переходах электронов с вышележащего уровня на нижележащий электронный уровень возникает излучение, чаще всего находящееся в ультрафиолетовой области спектра. Упомянутые выше правила отбора наглядно представлены в таблице 1.6. гО г( Межъядерный интервал « (за г „!е,,г„, рд ° "О г(гг Межъядерный интервал г — ~ Рнс. 1.9. (а) Кривая потенциала Х дает схематическое представление потенциальной энергии молекулы в основном состоянии в зависимости от межъядерного интервала. Энергия связи составляет Е . Кривые потенциала электронно- возбужденных состояний обозначены как А, В, Си т.д. (б) Колебательные уровни имеют обозначения и= О, 1, 2,..., на них отображены пространственные распределения вероятности пребывания )(гщ Переходы осуществляются преимущественно без изменения радиуса ядра межлу колебательными состояниями с максимальными значениями )(г Ыи ге Зф таблица 1д.
Примеры применения правил отбора при поглощении и излучении света (электрическое днпольное излучение) атомами и ионами Критерий Правилаотбора Фотон имеет момент количества движения А~я (при дипольном излучении), поэтому требуется изменение Хили ориентации з. АУ=О, +1 но:У =О-гу„,„, =Озапрещено. Ц Только в случае АЮ-связи действительно: ЛЬ= О, 4-1, но: 2.„„„„=0 — э (,„„,„=0 запре- щено. Вытекает из ЛТ. = О, ч-! н интеркомбинаци- онного запрета. Ло = 0 «Интеркомбинационный запрет», то есть запрещены переходы между уров- нями разной мультиплетности. Отсутствует магнитное действие фотона. Таблица 1.5. Квантовые числа двухатомных молекул Величины 0,1,2,...=о,к Физическое значение Квантовое число Составляющая орбитального момента количества движения электрона в направлении оси молекулы.
Составляющая полного орбитального момента в направлении оси молекулы. 0,1,2,...=г„,П,Л Составляющая полного спина в направлении осн молекулы. Мультиплетность, добавляемая в качестве верхне- го индекса орбитального квантового числа. 2Х -ь 1 0,1,2,... Четность, симметрия относительно зеркального пространственного отражения. Симметрия относи- тельно плоскости, проходящей через ось молекулы. Колебательное квантовое число. 0,1,2,... Вращательное квантовое число. О, 1, 2,, таблица 1.4. ПРавила отбоРа пРи поглощении н излУчении света молекУлами (электрическое дипольное излучение) Правила отбора Лл=О, ь! Примечания Действительно для двухатомных молекул. Действительно для переходов в одинаковом электронном состоянии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
