Experimentalphysik III (Atomphysik)

186 Kapitel 9. Mehrelektronensysteme
Dipolübergang. Für alle elektrische Dipolübergänge gilt: Paritätsänderung (vgl. dazu Kapitel
3.3). Die Schreibweise 0 �→ 0sollheißeneinÜbergang von 0 nach 0 ist nicht zulässig.
9.4 Schalenstruktur, allgemeine Regeln
Wir wollen uns nun der Frage zuwenden, welche Elektronenkonfiguration in Atomen möglich
sind, welche besonders stabil sind und wie die Elektronen eines Atoms auf die Quantenzustände
verteilt sind.
Während die verschiedenen Elektronen in einem komplizierten Atom sicherlich auch miteinander
wechselwirken, kann man einen Großteil der atomaren Struktur durch die einfache Annahme
verstehen, daß sich jedes Elektron in einem konstanten mittleren Kraftfeld bewegt. Für ein
gegebenes Elektron ist dieses Feld näherungsweise gleich dem elektrischen Feld der Kernladung
Ze, vermindert um die teilweise Abschirmung durch die anderen Elektronen, die näher am
Kern sind. Alle Elektronen, die dieselbe Hauptquantenzahl n besitzen, befinden sich im Mittel
ungefähr im gleichen Abstand vom Kern. Diese Elektronen wechselwirken daher mit nahezu
dem gleichen elektischen Feld und haben ähnliche Energien. Daher sagt man, daß diese Elektronen
derselben atomaren Schale angehören. Schalen werden durch Großbuchstaben nach dem
folgenden Schema bezeichnet:
n = 1 2 3 4 5 ...
K L M N O ...
Die Energie eines Elektrons in einer bestimmten Schale hängt außerdem in einem gewissen Maße
von seiner Bahndrehimpulsquantenzahl l ab, obwohl diese Abhängigkeit nicht so stark ist wie
die Abhängigkeit von n.
Elektronen, die in einer Schale denselben Wert von l haben, befinden sich in derselben Unterschale.
Die Besetzungszahlen der Schalen und Unterschalen ergeben sich aus der in Kapitel 7.5.3
erörterten Bedingung, daß zu jedem Wert n der Hauptquantenzahl n−1verschiedene Werte l der
Bahndrehimpulsquantenzahl gehören und zu jedem Wert l wiederum 2l+1verschiedene magnetische
Quantenzahlen m l .Für jede Kombination dieser Zahlen sind zwei verschiedene magnetische
Spinquantenzahlen m s möglich. Damit sind zu jeder Hauptquantenzahl 2n 2 Zustände besetzbar,
d.h. jede Periode enthält 2n 2 Elemente. Für die Hauptquantenzahlen: 2, 3, 4, 5 ergeben sich
daraus die Periodenlängen: 2, 8, 32, 50. Mit dem Pauli–Prinzip erhalten wir folgende Tabelle: