Многоэлектронный атом. Виды связей в атоме. Полный механический момент атома. Атомные термы.

В атомах, содержащих 2 и более электронов проявляются дополнительные взаимодействия:

1) кулоновское отталкивание электронов, а также магнитные взаимодействия между орбитальными и спиновыми моментами. Это приводит к усложнению теории, однако состояние каждого электрона в атоме характеризуется квантовыми числами n,l,ml,ms. Энергия зависит не только отn, но и отl, что обусловлено СОВ. При заданных значениях квантовых чиселnиlэлектроны с различными магнитными спиновыми квантовыми числами и спиновыми образуют электронную оболочку, а совокупность всех оболочек для данногоnобразует электронный слой. Если электронная оболочка заполнена полностью и содержит 2(2l+1) электронов, то суммарные моменты импульса и магнитный момент равны нулю, отсюда следует, что магнитный и механический момент многоэлектронного атома создаётся только электронами с незаполненными оболочками (для лёгких металлов это валентные электроны). Если энергия взаимодействия между орбитальными моментами и спиновыми моментами различных моментов в атоме больше СОВ отдельных электронов, то при построении векторных диаграмм сначала складываются орбитальные моменты(L_L=∑L_l,L_s=∑L_s), а затемL_L+L_s=L_J– орбитальный момент всего атома; -внутреннее квантовое число всего атома. Такая связь в атоме называетсяL-Sсвязью или связью Рассела-Саундерса.

При этом оба результирующих импульса _Lи_S как бы прецессируют вокруг результирующего импульса.

Если же энергия взаимодействия между орбитальным и спиновым моментами различных электронов в атоме меньше энергии СОВ отдельных электронов, то в этом случае вначале складываются спиновые и орбитальные моменты отдельных электронов: _J=∑_Li+∑_Si

Такая связь называется j-jсвязью. Здесь также происходит прецессия.

О прецессии.

Термин “прецессия” здесь и далее используется только как утверждение, что наблюдаемые величины L-это только проекции на выделенное направлениеoz, потому что конкретное положение векторов не определено, и это выглядит как бы прецессией, на самом деле не являясь таковой.

В общем случае состояние многоэлектронного атома характеризуется n,L,S,J,m_j. Дискретность состояния атома, характеризующееся определённым значением энергии называется атомным термом, т.к. энергия свободного атома не зависит отm_j, то терм определяется только четырьмя квантовыми числами, причём значениеlзаписывается всегда буквенным термином.

l=0 1 2 3 4

SPDFG

и записывается следующим образом:

n^ǽL_J, где ǽ=2S+1

При образовании_J=_L+_Sскладываемые вектора взаимодействуют между собой и взаимодействуют со связанными с ними магнитными, при этом результирующий_Lможет иметь (2J+1) значение. Это значит, что основной уровень энергии атома за счёт СОВ распадается на (2s+1) подуровень, гдеs–спиновое квантовое число атома. Такая структура уровней атома называется мультиплетной. Мультиплетность показывает на сколько подуровней распадается некоторый энергетический уровень за счёт СОВ, и расщепление этих уровней приводит к расщеплению спектральных линий, что выражает структуру атомных спектральных линий. Это состояние атома задаётся четырьмя квантовыми числами, они полностью определяют энергию атома, при этом атом может иметь различные значенияm_j, значений (2J+1), т.е. каждое магнитное квантовое числоm_jопределяет новое состояние атома, однако все состояния атома с различными будут иметь одинаковые значения энергий, так как значения энергий определяются только 4 квантовыми числамиn,l,s,J. Различные состояния атома, обладающие одинаковым значением энергий называются вырожденными состояниями, следовательно состояния атома при заданныхn,l,s,Jявляются вырожденными по магнитному квантовому числуm_j.