[科普中国]-多电子原子理论

多电子原子有比氢原子复杂得多的能级结构和光谱结构，就是除了氢原子之外的原子。在多电子原子理论中，若电子之间的剩余库仑作用较强，自旋轨道相互作用较弱，先考虑电子之间的耦合作用，再考虑自旋轨道耦合，称为 LS耦合；若电子自旋轨道之间的相互作用较强，而各电子之间的相互作用较弱，先考虑自旋轨道的耦合 ，然后再考虑电子之间的耦合作用 ，称为jj耦合。

基本性质多电子原子理论依据的基础是泡利不相容原理，指在原子中不能容纳运动状态完全相同的电子。一个原子中不可能有电子层、电子亚层、电子云伸展方向和自旋方向完全相同的两个电子。如氦原子的两个电子，都在第一层（K层），电子云形状是球形对称、只有一种完全相同伸展的方向，自旋方向必然相反。每一轨道中只能客纳自旋相反的两个电子，每个电子层中可能容纳轨道数是n2个、每层最多容纳电子数是2n2。

由于原子中存在多个电子，电子除了受核的库仑作用、每个电子的自旋与轨道之间的相互作用之外，还存在电子与电子之间的电作用、轨道与轨道之间的磁作用、自旋与自旋的磁作用以及一个电子的自旋与另一个电子的轨道之间的相互作用。在多电子原子理论中，忽略上述后面三种较弱的相互作用，可分成两种极端情形：一种是LS耦合，一种是jj耦合。不同的耦合有不同类型的能级结构和不同的辐射跃迁选择定则，得出的结果可与实际很好地符合。

LS耦合又称罗素-桑德斯耦合。由电子组态求原子态的一种近似方法。原子中每个电子都在原子核及其他电子的场中做轨道运动和自旋运动。多电子原子中存在复杂的电磁相互作用。其中诸电子间的电相互作用,理论处理上可分为平均场近似和剩余相互作用两部分，前者占主导地位，后者仅占一小部分。原子态能量的主要部分,由外层电子与核的库仑场、其他电子的平均场之间的电相互作用决定;次要部分由自旋轨道的磁相互作用决定。若剩余电相互作用比磁相互作用强，耦合主要发生在不同电子之间，属于LS耦合。1

jj耦合从电子组态求原子态的一种近似方法。原子中,每个电子都在原子核及其他电子的电磁场作用下，做轨道运动和自旋运动。所以，多电子原子中存在着复杂的电磁相互作用。其中诸电子间的电相互作用，理论处理上，可分为平均场近似和剩余相互作用两部分，前者占主导地位，后者仅占一小部分。原子态能量的主要部分，由外层电子与核的库仑场、其他电子的平均场之间的电相互作用决定；次要部分由自旋轨道的磁相互作用决定。若剩余电相互作用比磁相互作用弱，耦合主要发生在每个电子自身的自旋与轨道之间，这种耦合属于jj耦合。

本词条内容贡献者为:

代祥光 - 副教授 - 西南大学电子信息工程学院