氦原子光譜

原子光譜，是由原子中的電子在能量變化時所發射或吸收的一系列光所組成的光譜。

基本介紹

• 中文名：氦原子光譜
• 性質：光譜
• 屬性：氦原子
• 氦原子如激發：到（1s2s） 電子組態

簡介

原子光譜的不連續表明了電子的能量是量子化的，對原子光譜的研究是探索原子核外電子排布的重要手段之一。氦原子光譜有兩套線系，即兩個主線系，兩個銳線系，兩個漫線系等。從對這

些線系的分析得知，氦原子有兩套能級，一套是單層的；另一套是三層的。這兩套能級之間沒有交叉的光譜躍遷。兩套能級各自內部的躍遷產生兩套光譜。單層能級之間躍遷產生單線結構的光譜，三層能級之間躍遷產生複雜多線結構的光譜。

氦原子光譜

運作

氦原子光譜就是氦原子能級之間躍遷發射或吸 收的光譜。氦原子核外有2個電子，基態時處於1s1s電子組態；受激發時，通常1個電子被激發到較高能態，另1個電子仍處於1s態。氦原子中2個電子角動量遵從LS耦合，2個電子合成的總自旋S=0和1，能級分成單層結構S=0和3層結構S=1兩組。能級之間躍遷遵從LS耦合的選擇定則，根據選擇定則ΔS=0，不同多重態之間沒有躍遷，因此氦原子光譜有2個主線系，2個銳線系和2個漫線系等。單層能級之間的躍遷產生單線結構光譜，3層能級之間躍遷產生複雜多線結構光譜。人們早年對氦的兩套能級尚無認識時，曾認為有兩種氦，產生複雜多線結構光譜的稱為正氦，產生單線結構光譜的稱為仲氦；今仍沿用正氦、仲氦分別指稱這兩套能級和光譜。

原理分析

根據洪德定則，對同一電子組態而言，正氦的能級比仲氦的低。氦能級的示意圖如下。

根據泡利不相容原理，由(1s1s)電子組態只能形成1S0態而不可能形成3S1態。故氦原子基態是(1s1s)1S0態。

氦原子光譜

根據光譜躍遷選擇定則:ΔS=0，說明單層與三層能級間不能交叉躍遷。此外 ΔL=±1；ΔJ=0,±1可以說明能級和光譜結構之間的關係。單層能級間躍遷產生的各線系都是單線結構；而三層能級間躍遷產生的主線系(3P2,1,0→3S1)和銳線系(3S1→3P2,1,0)都是由三條譜線組成,而漫線系(3D3,2,1→3P3,2,1)共有六種躍遷符合ΔJ=0,±1選擇定則,故漫線系譜線應是由六條靠得很近的譜線組成。若儀器分辨本領不夠高，不能觀察到分開的六條譜線，有時可見到三條, 其中的D3線即是漫線系中的第一條。 　氦原子如激發到（1s2s） 電子組態， 由它形成的(1s2s)3S1比基態高19.77eV為第一激發態，(1s2s)1S0比基態高20.55eV為第二激發態。從這兩狀態向基態的躍遷都是選擇定則所禁戒的，因此原子處在這兩激發態時不易自發向基態躍遷，原子處在這兩激發態的平均壽命比其他能級長五六個數量級。故把這種激發態稱亞穩態。氦原子的這兩個亞穩態在許多氣體放電管和氦氖雷射器的激發機理中起著十分重要的作用。

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