Правила Хунда. Термы атомов

Последовательность заполнения электронных оболочек атомов определяется правилами Хунда. В зависимости от контекста обычно используют две формулировки этого правила.

Формулировка I: сначала заполняются состояния с различными значениями магнитного квантового числа ( = - l, - l +1, … l -1, l) при одинаковом значении проекции спина (например, при =1/2); после того, как все 2 l +1 состояний по квантовому числу будут заполнены электронами с одинаковой проекцией спина, начинается их заполнение электронами с противоположной проекцией спина (при = -1/2).

Например, в p -состоянии (l =1) может быть помещено всего 2(2 l +1)=6 электронов. Последовательность заполнения состояний может быть представлена следующим образом:

.

В спектроскопии состояние атома принято символически обозначать в виде терма , где S, L, и J - спин, орбитальное число и полный момент атома соответственно. Состояния атома с различными значениями L =0,1,2,3,… обозначаются соответственно заглавными латинскими буквами S, P, D, F …

Для вычисления квантовых чисел атома S, L, и J используют другую формулировку правил Хунда:

Формулировка II:

1. У полностью заполненной электронной оболочки квантовые числа S, L, и J равны нулю.

2. Незаполненная электронная оболочка имеет максимально возможный спин S.

3. Орбитальное число L должно быть максимально возможным при выбранном значении спина S.

4. Если оболочка заполнена меньше, чем наполовину, то J= , если больше, то J=L+S.

Рассмотрим, для примера, терм атома углерода . Электронная конфигурация углерода: . 1 s и 2 s -оболочки полностью заполнены, поэтому у этих оболочек все моменты (спиновой, орбитальный, и полный) равны нулю. В p -оболочке имеются два электрона. Суммарный спин p -оболочки должен быть максимально возможным, т.е. S =1, что соответствует параллельным спинам (, ). Орбитальные числа отдельных электронов этой оболочки равны единице: , . Суммарный орбитальный момент оболочки в соответствии с правилом сложения моментов определяется квантовым числом L, которое пробегает значения от до через единицу, т.е. L =0, 1, 2. Состояние с L =2, соответствующее параллельным орбитальным моментам, не согласуется с принципом Паули, т.к. в этом случае два p -электрона будут находиться в одинаковых квантовых состояниях. Поэтому максимально возможное орбитальное число L =1. Так как оболочка заполнена меньше чем на половину (в p -оболочке можно разместить до шести электронов), то . Таким образом, в соответствии с правилами Хунда для основного состояния атома углерода S =1, L =1 (P -состояние атома) и J =0. Терм атома углерода соответственно имеет вид: .

Date: 2015-05-19; view: 3818; Нарушение авторских прав