详细内容(主量子数n 角量子数l 磁量子数m 自旋量子数m)

能级跃迁(氢原子能级 跃迁)

详细内容

为了描述原子中电子的运动规律，Schrödinger提出了一种波动方程，现在我们称为Schrödinger方程。这个偏微分方程的数学解很多，但从物理意义看，这些数学解不一定都是合理的。为了得到原子中电子运动状态合理的解，必须引用只能取某些整数值的三个参数，称它们为量子数（下面第四个也是，但不是从Schrödinger方程求出的）。

主量子数n

n相同的电子为一个电子层，电子近乎在同样的空间范围内运动，故称主量子数。当n=1,2,3,4,5,6,7 电子层符号分别为K,L,M,N,O,P,Q。当主量子数增大，电子出现离核的平均距离也相应增大，电子的能量增加。例如氢原子中电子的能量完全由主量子数n决定：E=-13.6(eV)/n^2

角量子数l

角量子数l确定原子轨道的形状并在多电子原子中和主量子数一起决定电子的能级。电子绕核运动，不仅具有一定的能量，而且也有一定的角动量M，它的大小同原子轨道的形状有密切关系。例如M=0时，即l=0时说明原子中电子运动情况同角度无关，即原子轨道的轨道是球形对称的；如l=1时，其原子轨道呈哑铃形分布；如l=2时，则呈花瓣形分布。

对于给定的n值，量子力学证明l只能取小于n的正整数：l=0,1,2,3……(n-1)

磁量子数m

磁量子数m决定原子轨道在空间的取向。某种形状的原子轨道，可以在空间取不同方向的伸展方向，从而得到几个空间取向不同的原子轨道。这是根据线状光谱在磁场中还能发生分裂，显示出微小的能量差别的现象得出的结果。

磁量子数可以取值：m=0,+/-1,+/-2……+/-l

自旋量子数m

直接从Schrödinger方程得不到第四个量子数——自旋量子数ms，它是根据后来的理论和实验要求引入的。精密观察强磁场存在下的原子光谱，发现大多数谱线其实由靠得很近的两条谱线组成。这是因为电子在核外运动，还可以取数值相同，方向相反的两种运动状态，通常用↑和↓表示。每个轨道最多可容纳两个自旋相反的电子。

例子：s只有一个轨道，形状位球型，容纳两个自旋相反电子

p有三个轨道，形状为哑铃状，对应着空间直角坐标系的三条轴

d有五个轨道，形状为花瓣状 有xy,yz,zx,x^2-y^2,z^2五条轨道

能级跃迁

组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光 .能级跃迁首先由波尔提出，但是波尔将宏观规律用到其中，所以除了氢原子的能级跃迁之外，在对其他复杂的原子的跃迁规律的探究中，波尔遇到了很大的困难。

氢原子能级

原子各个定态对应的能量是不连续的，这些能量值叫做能级。

①能级公式：E(n)=E(1)/n^2

②半径公式：r(n)=n^2*r(1)

在氢光谱中,n=2,3,4,5,…向n=1跃迁发光形成赖曼线系n=3,4,5,6…向n=2跃迁发光形成巴耳末线系；

n=4,5,6,7…向n=3跃迁发光形成帕邢线系；

n=5,6,7,8……向n=4跃迁发光形成布喇开线系，

其中只有巴耳末线系的前4条谱线落在可见光区域内。

③能量最低的能级叫做基态，其他能级叫做激发态。当电子‘远离’原子核，不再受原子核的吸引力的状态叫做电离态，电离态的能级为0。（电子由基态跃迁到电离态时，吸收的能量最大。）

跃迁

量子力学体系状态发生跳跃式变化的过程。原子在光的照射下从高（低）能态跳到低（高）能态发射（吸收）光子的过程就是典型的量子跃迁。即使不受光的照射，处于激发态的原子在真空零场起伏的作用下，也能跃迁到较低能态而发射光子（自发辐射）。除了辐射过程之外，其他散射过程、衰变过程等也都属于量子跃迁。量子跃迁是概率性过程，这是量子规律的根本特征。以原子能级跃迁为例，无法预言某个原子什么时刻发生跃迁，有的原子跃迁可能发生得早，有的原子跃迁可能发生得迟，因此原子处于激发态的寿命不是整齐划一的，但对大量原子来说，激发态的平均寿命是确定的，可以实验测定和理论计算。量子跃迁的速率与体系的相互作用以及跃迁前后的状态有关，并遵从一定的守恒定律。原子能级跃迁所遵从的选择定则就是角动量守恒和宇称守恒的结果。

微观粒子量子状态的变化．包括从高能态到低能态以及从低能态到高能态．当粒子由于受热，碰撞或辐射等方式获得了相当于两个能级之差的激发能量时，他就会从能量较底的初态跃迁到能量较高的激发态，但不稳定，有自发地回到稳定状态的趋势。在释放出相应的能量后，粒子自动地回到原来的状态，这些行为称为跃迁，遵守严格的量子规则。其吸收或发射的能量都是h的整数倍。如果以光的形式表现出来，就造成光谱线的分立性。