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 от n, но и от l, что обусловлено СОВ. При заданных значениях квантовых чисел n и l электроны с различными магнитными спиновыми квантовыми числами и спиновыми образуют электронную оболочку, а совокупность всех оболочек для данного n образует 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(LL=∑Ll, Ls=∑Ls), а затем LL+Ls=LJ– орбитальный момент всего атома; -внутреннее квантовое число всего атома. Такая связь в атоме называется L-S связью или связью Рассела-Саундерса.
При этом оба результирующих импульса L и 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-j связью. Здесь также происходит прецессия.
О прецессии.
Термин “прецессия” здесь и далее используется только как утверждение, что наблюдаемые величины L-это только проекции на выделенное направление oz, 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, mj. Дискретность состояния атома, характеризующееся определённым значением энергии называется атомным термом, т.к. энергия свободного атома не зависит от mj, то терм определяется только четырьмя квантовыми числами, причём значение l записывается всегда буквенным термином.
l=0 1 2 3 4
S P D F G
и записывается следующим образом:
nǽLJ, где ǽ=2S+1
При образовании J= L+ S складываемые вектора взаимодействуют между собой и взаимодействуют со связанными с ними магнитными, при этом результирующий L может иметь (2J+1) значение. Это значит, что основной уровень энергии атома за счёт СОВ распадается на (2s+1) подуровень, где s–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 значения mj, значений (2J+1), т.е. каждое магнитное квантовое число mj определяет новое состояние атома, однако все состояния атома с различными будут иметь одинаковые значения энергий, так как значения энергий определяются только 4 квантовыми числами n, l, s, J. Различные состояния атома, обладающие одинаковым значением энергий называются вырожденными состояниями, следовательно состояния атома при заданных n, l, s, J являются вырожденными по магнитному квантовому числу mj.