Введение в теорию многоэлектронного атома. Элементы теории многоэлектронных атомов

Введение в теорию многоэлектронного атома

Водородоподобные орбитали

1. Атом H и водородоподобный ион. Возмущение потенциала и расщепление уровней АО. Правило Маделунга-Клечковского.

АО водородоподобных ионов - это волновые функции возможных состояний единственного электрона в электростатическом поле. Потенциальная энергия кулоновского притяжения единственного электрона к ядру в систем СГС выражается функцией вида . График этой функции – гипербола. Именно этот потенциал ответственен за очень высокую кратность вырождения уровней АО.

Наш знаменитый физик-теоретик академик Владимир Александрович Фок показал, что симметрия атома H (и одноэлектронного водородоподобного иона) существенно выше, чем симметрия простой трёхмерной сферы, и назвал её симметрией "четырёхмерного шара".

Очень общее свойство квантово-механических систем таково, что, кратность вырождения энергетических уровней тем выше, чем выше симметрия системы, и, напротив, любое возмущение системы искажает её симметрию, вызывая расщепление вырожденных уровней.

Этот эффект исследуют с помощью модельных приёмов теории. Так понижение симметрии одноэлектронного водородоподобного иона можно искусственно смоделировать, искажая вид потенциала. Такой приём приводится в книге знаменитого Э. Ферми (см. "Конспект лекций по квантовой механике"). Искусственно искажая потенциал, прослеживают, как это влияет на уровни АО. Для этого в модельный потенциал вводится дополнительный параметр :

. (1)

При ®0 получается предельное выражение вида , но искомое искажение центрального кулоновского потенциала достигается при ¹ 0.

Последствия такого искажения потенциала хорошо знакомы даже начинающему химику.

Уровни АО в водородоподобном ионе зависят только от главного квантового числа n и характеризуются очень высокой кратностью вырождения. Иными словами энергия всех состояний с разными l но с одним и тем же n одна и та же, т.е. все АО принадлежат одному и тому же уровню. При возмущении потенциала такой уровень расщепляется, и из него возникают несколько новых уровней, которые зависят уже не только от общего главного, но и от побочного квантового числа.

Их часто ещё называют подуровнями, как бы подчёркивая, что у них общее главное квантовое число, и все они остаются внутри некоторого сравнительно узкого интервала значений.

Расщеплённые уровни АО многоэлектронного атома подчиняются правилу Клечковского-Маделунга: "Уровни АО многоэлектронного атома возрастают с увеличением суммы двух квантовых чисел n+l, а при равных значениях суммы n+l глубже лежит уровень с меньшим значением n (т.е. большим l)".

Последовательность энергетических уровней АО многоэлектронного атома подчиняется правилу Клечковского-Маделунга.

n+l	N,l	АО	n+l	n,l	АО	n+l	n,l	АО	n+l	n,l	АО	n+l	n,l	АО	n+l	n,l	АO
1	1,0	1s	3	2,1	2p	5	3,2	3d	6	4,2	4d	7	4,3	4f	8	5,3	5f
2	2,0	2s	3,0	3s	4,1	4p	5,1	5p	5,2	5d	6,2	6d
4	3,1	3p	5,0	5s	6,0	6s	6,1	6p	7,1	7p
4,0	4s	7,0	7s	8,0	8s

Этот результат удобно проиллюстрировать, сравнивая две энергетические диаграммы АО:

Таблица и график справа воспроизводят последовательность уровней АО многоэлектронного атома:

1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s<5f<6d<7p<8s

9.2. Водородоподобные орбитали. Многоэлектронный гамильтониан атомной оболочки. Межэлектронное отталкивание как экранирование ядра. Одноэлектронное приближение. Орбитали многоэлектронного атома.

2. Элементы теории многоэлектронных атомов

2.1. Многоэлектронный атом. Содержание. Электронный гамильтониан многоэлектронного атома. Отталкивание электронов, потенциальная энергия отталкивания и ее приближенное представление в виде функции экранирования ядра. Эффективный заряд ядра. Орбитали Слейтера. Одноэлектронный приближение в теории многоэлектронного атома. Атомные орбитали многоэлектронных атомов, уровни и последовательность заполнения. Правило Клечковского-Маделунга. Модификация формулы Бора. Спин электрона.

Одноэлектронное приближение.

Полная энергия электронной оболочки многоэлектронного атома состоит из нескольких слагаемых, и отображающий её многоэлектронный гамильтониан атома также включает в себя несколько слагаемых. Это следующие операторы:

Оператор кинетической энергии каждого электрона, равный

T= - (1/2) Ñ2,()

Оператор потенциальной энергии притяжения к ядру каждого электрона, равный

U(ri) = - Ze2/r,()

Оператор потенциальной энергии притяжения каждого электрона к ядру, равный

Оператор потенциальной энергии оттал

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать