过角量子数l,磁量子数m以及它们之间不同的组合以表示与电子排布相联系的能级关 系的一种符号. 表12列出了三价镧系元素离子基态的电子排布及其基态光谱项,图17是三价镧 系离子的能级图 镧系几素的电子能级具有以下特征 (1)角量子数l=3的4f亚层共有7个轨道,它们的磁量子数m依次等于-3,-2 1,0,1,2,3.当15个镧系元素的三价离子处于基态时,它们的4f电子在各轨道的分 布如表L2所示,表中:L=M1=ΣmS=M,最大=2mJ=L土SΔ表示从基态 至其上最靠近的另一J多重态之间的能量差,5为自旋-轨道偶合系数 ML是离子的总磁量子数,它的最大值即离子的总角量子数DM是离子的总日旋 量子数沿磁场的分量,它的最大值即离子的总自旋量子数SJ=L±S,它是离子的总 内量子数,它表示轨道和自旋角动量总和的大小.对于从La+到Eu3的前7个离fJ L-S,对于从GdP+到Lu3+的后8个离子J=L+S光谱项是由L,S,J/这三个量f数组 成的表达式为2+Lr光谱项的中间大写英文字母L的数值与英文字母之间的关系如 符号SP G 左上角的数字表示光谱项的多重性,它等于2S+1右下角的数字为内量子数J,例如 Nd+的L=6,用大写英文字母1表示,S=3/2(三个未成对电子),则2S+1=4,J= L-S=6-3/2=912,所以NdP的基态的光谱项用2表示 (2)除Ia和Lu3+的4亚层为全空或全满外,其余镧系元素的4电子可在7个4 轨道之间任意排布,从雨产生了各种光谱项和能级,如图17所示.稀土元素的能级是 多种多样的,例如镨原子在43,62组态有41个能级,在4,6s,6p有500个能级, 在4f2,5d,6s2有100个能级,在43,5d团,6s有750个能级,在4,54有1700个能 级;而钆原子的4f,5,6则有3106个能级,它的激发态4’,5d,6则多达36000 个能级,但由于能级之间的跃迁受光谱选律的限制,所以实际观察到的光谱线还没有达 到无法估计的程度.通常具有未充满的4电子壳层的原子或离子的光谱谱线大约有 30000条可观察到的谱线;具有未允满d电子壳层的过渡金属元素的谱线约有7000条 而具有未充满的P电子壳层的主族元素的光谱线则只有100条,由此可见,稀土元素 的电子能级和谱线要比一般元素更多种多样.它们可以吸收或发射从紫外、可见到红外 光区的各种波长的电磁波辐射 (3)稀士离子的电子能级多种多样的另一个特征是有些激发态的平均寿命长达 10s,而一般原子或离子的激发态的平均寿命只有108-10-s,这种长激 发态叫作亚稳态.稀土离子有许多亚稳态是由于4f→4电子能级之间的跃迁,根据光 谱选律,这种△l=0的电偶跃迁原是禁阻的,但实际上可观察到这种跃迁,这主要是由 于4f组态与宇称相反的组态发生混合,或对称性偏离反演中心,因而使原属禁阻的 ∫→∫跃迁变为允许,稀土离子有许多亚稳态间的4f→4跃迁的这种性质,使它们之 间的跃迁概率很小,激发态寿命较长,这是某些稀土元素可以作为激光和荧光材料的