Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

Abschnitt 7.7 PHYSIK IV 275E0Singulettsystem -- ParheliumTriplettsystem -- Orthohelium1 S 1 P 1 D 1 F 3 S 3 P 3 D 3 F6 1 S 04 1 P 15 1 S 05 1 P 16 1 P 13 1 D 26 1 D 24 1 F 35 1 D 25 1 F 36 1 F 34 3 S 16 3 S 15 3 S 1 5 3 P 0,1,24 3 P 0,1,26 3 P 0,1,23 3 D 1,2,34 3 D 1,2,34 3 D 1,2,34 3 F 2,3,46 3 F 2,3,44 3 D 1,2,35 3 F 2,3,44 1 S 04 1 D 23 1 S 03 3 P 0,1,23 3 S 12 3 P 0,1,23 1 P 12 3 P 0,1,23 3 D 1,2,3J2 1 S 02 1 P 1122 3 S 131 1 S 0J012Abbildung 7.15: Energieniveauschema des Heliumatoms (qualitativ). Eingezeichnet sind einigeSingulett- und Triplett-Übergänge im Emissionspektrum von Helium. Die erlaubten Übergänge zwischenden Feinstrukturkomponenten von 3 D- und 3 P-Zuständen sind auf einer vergrößerten Skala gezeichnet.Für die optischen Übergänge gelten die in Kapitel 6 diskutierten Auswahlregeln für die Änderung derQuantenzahlen (n,l,m, j,s) des angeregten Elektrons: ∆l = ±1,∆m = 0,±1,∆s = 0 und ∆ j = 0,±1 außerj = 0 ↛ j = 0. Da sich bei der Anregung nur eines Elektrons (keine Mehrfachanregung) die Quantenzahlendes anderen nicht ändern können, gelten die Auswahlregeln entsprechend für die GesamtdrehimpulseL = l 1 + l 2 , S = s 1 + s 2 und J = L + S:∆L = ±1, ∆M = 0,±1, ∆S = 0 ∆J = 0,±1 außer J = 0 ↛ J = 0 . (7.7.3)Übergänge zwischen dem Singulett- (S = 0) und dem Triplett-System (S = 1) sind demnach verboten.Dies gilt z.B. für den Übergang von 2 3 S 1 nach 1 1 S 0 . Für das Singulettsystem ist aufgrund der Auswahlregelnz.B. der Übergang von 2 1 S 0 nach 1 1 S 0 , für das Triplettsystem von 3 3 S 1 nach 2 3 S 1 verboten. DieZustände 2 1 S 0 und 2 3 S 1 sind deshalb metastabil und besitzen große Lebensdauern. Bei Übergängen zwischenZuständen mit L ≥ 1 sind aufgrund der Auswahlregeln häufig mehr als drei Linienkomponentenerlaubt, wie es in Abb. 7.15 am Beispiel des Übergangs von 3 3 D nach 2 3 P gezeigt ist.7.7.2 AlkalimetalleSehr einfache Beispiele für Mehrelektronenspektren liefern die Alkaliatome Na, Li, K, Rb, Cs und Fr.Wir hatten schon mehrfach erwähnt, dass die Alkaliatome dem Wasserstoffatom spektroskopisch sehrähnlich sind. Sie besitzen außer ihren abgeschlossenen Elektronenschalen nur ein einzelnes Elektron in2003