学文网【摘要】本文对原子不同能级跃迁时能量的变化作归纳讨论，分别从高能态向低能态的跃迁和低能态向高能态跃迁两个方面对原子跃迁时能量的变化作以讨论，探讨跃迁中能量变化所遵从的规律。
【关键词】原子原子核能级跃迁原子核反应质量亏损平均结合能
玻尔的氢原子理论和电子的自旋说能很好的解释原子的结构和能量的变化，本文运用玻尔理论和自旋说研究原子中能级跃迁时能量的变化情况，并讨论能级跃迁时能量的变化以及所遵从的规律。主要是从光谱和原子能级角度说明能量的变化，探讨其能量变化的规律。
1玻尔理论及电子自旋说
玻尔的氢原子理论，包含三个假设。第一，经典轨道加定态条件：氢原子中的一个电子绕核作圆周运动，并作一个硬性规定，电子只能处于一些分立的轨道上它只能在这些轨道上绕核转动且不产生电磁辐射。第二，频率条件：当一个电子从一个定态跃迁到另一个定态轨道时，会以电磁波的形式吸收或放出能量hv，其值由下式决定hv=E2-E1
其中，v为电子的频率，E2与E1为电子所处的不同定态。定态是指无实质性运动，实质性运动只发生在不同的定态之间。第三，角动量量子化：电子的角动量是量子化的，即L=nηn=1.2.3
其中L为电子所具有的角动量，n为主量子数。玻尔的氢原子理论，不能很好的解释原子能级在磁场中出现偶***的事实。乌仑贝克和古兹米特提出的电子自旋说和玻尔理论相结合，很好地解释了一系列实验事实。电子自旋说认为电子不是单纯的点电荷，它初了轨道角动量外，还有自旋运动，它具有固定的自旋角动量
|s|=s（s+1）η，s=12
它在Z方向的分量只有两个
自旋引起原子能级的精细变化，能量由下式给出
其中，μB=eη2m，称为玻尔磁子，为轨道磁矩的最小单元，B为原子内部的磁场。
玻尔理论与电子自旋说相结合，运用四个表征原子态的量子数n，l，ml，ms，可很好地表征和解释原子的结构与对应的能级。
2原子中不同能级间电子跃迁时能量的变化
原子不同能级间的跃迁，存在两种情况，一是高能态向低能态的自发跃迁，另一种是低能态向高能态的跃迁。前者自发向外以光子的形式辐射能量，后者从外界吸收能量。下面，分别从氢原子，碱金属及氦原子中的跃迁说明高能级向低能级跃迁时能量的变化。
2.1氢原子
氢原子的能级，同一n的2P1/2与2P3/2，2D3/2与2D5/2分开，2S1/2与2P1/2，2P3/2与2D3/2简并，实际上***成5条谱线。从能级的精细结构来讨论光谱的精细结构，跃迁服从选择定则l=±1，j=0，±1。P能级由于自旋和轨道量子数的耦合作用（l+s），（l-s）成为P1/2和P3/2双层结构，因此各个能级跃迁到n=1的1S能级产生的赖曼系的精细结构是每条线具有双线结构。
2.2碱金属原子
碱金属原子最外层有一个价电子，里面的是由原子核与内层满支壳电子组成的价原子实。由于满壳层和支壳层电子云为球对称分布，价电子受到的是一静电中心力作用，因此，它们的能级有与氢原子能级相似之处。基态为2S，这个价电子跃迁到轨道s，p，d后形成相应的二重原子态2S，2P，2D。这些表明碱金属原子能级的精细结构与氢原子能级精细结构有相似之处。
除相似之处外，也有不同之处。最主要的是碱金属原子的原子实不象氢原子是一个直径很小的质子，因此价电子椭圆轨道对原子实的贯穿效应和原子实的极化效应会附加上静电作用。这些作用仍然是中心力场，它们不能使能级发生新的***，但会使不同n量子数的能级以同一n量子数不同l量子数的能级下降不同。n越小和l越小的能级下降越厉害。这种作用反应到能量公式上，用有效原子序数Z*代替Z
E=Z*2Rhcn2碱金属原子的Z*>1，氢原子的E*=1。这是因为电子运动贯穿到原子实内，因而碱金属原子的精细结构***比氢原子大很多，而且越大，***的越多。下面举碱金属原子和氢原子的最低激发的同样2P态精细结构作以对比。
总之，碱金属原子有类似的能级***和相近的电离能与第一激发能。碱金属的各个谱线系都有双线结构，因为除l=0的态外，p，d，f态都形成l+s，l-s双层能级，对应谱线为双线，例如，钠的双黄线32P1/2与32P3/2，***的双线差U=2.1×10-3eV。
2.3氦原子
氦原子有两个电子，氦的光谱，如同碱金属谱线，也形成谱线系，但氦有两套线系，下面给出氦原子能级***。
由***可以看出，这两套谱线的结构有显著的差别。一套谱线是单线，另一套谱线有复杂的结构。从光谱的分析和研究，知道氢原子存在两套能级，一套是单层的，一套是三层的，这两套能级之间没有相互跃迁的情况，它们各自内部的跃迁产生了两套光谱。单层能级间的跃迁为单线，三层能级间的跃迁所产生的谱线有复杂结构。
氦光谱的单线和复杂结构，是由个电子态的耦合和跃迁时所遵从的定则决定的。跃迁的选择定则为
如氦原子中两电子处于l=0和l=1两态，则由S，L耦合得到的原子组态为1P1，3P2，1，0，其中1P1对应为单层能级，单层能级见跃迁时有单线结构；3P2，1，0为三层能级，三层能级间跃迁有复杂结构。
2.4低能级向高能级的跃迁
以上，探讨了原子中高能级向低能级跃迁的情况，下面，讨论原子中低能级向高能级跃迁时能量的变化情况。
原子中电子从高能级向低能级的跃迁，由于一般要从外界吸收能量，所以不能自发发生。夫兰克-赫兹利用被加速了的电子与原子的非弹性碰撞把原子从低能态激发到高能态。下面，从其微观方面说明内部能级的能量变化。
电子与气体原子发生非弹性碰撞时，其损失的能量用于使原子内部的状态发生变化。在适当的蒸气压下，电子损失的能量为一确定值-4.9eV。按玻尔理论，该能量损失应该等于原子的终态与始态的能量差，因此汞原子应该具有这样的两个定态，它们之间的能量相差4.9eV。汞原子的基态为6S6S1S0，规定其能量为0，而汞原子除基态上亚稳态6S6P3P0外，能量最低的一个激发态6S6P3P1态的能量正好是4.9eV。外电子碰撞使原子内部电子获得能量跃迁到3P1态。但3P1态寿命很短，约在1018s之内通过自发辐射跃迁退回基态。按照玻尔理论，原子退激时，应辐射能量为4.9eV的光电子。既
hv=E2-E1
3.不同能级跃迁时的能量变化规律
由以上不同的跃迁可以看出，原子内部存在能级结构，能级的能量不尽相同，各能级间可以相互跃迁，且伴随能量的变化。一般来说，从高能级向低能级跃迁时有能量的辐射，一般以光电子的形式辐射能量。而低能级向高能级跃迁，一般要从外界吸收能量，但不论是高能级向低能级跃迁，还是低能级向高能级跃迁，都满足
hv=E2-E1
式中E2为末态，E1为初态。即，当一个电子从一个定态跃迁到另一个定态轨道时，会以电磁波的形式吸收或放出能量hv。
参考文献
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