第四章碱金属原子和电子自旋概述.pptVIP

第四章 碱金属原子和电子自旋 §3.1 碱金属原子的光谱 碱金属原子光谱的实验规律 碱金属原子的光谱项 碱金属原子的能量和能级 理论解释 — 原子实模型(定性) 量子力学定量分析 §4.1 碱金属原子的光谱 碱金属：Li，Na，K，Rb，Cs，Fr （Z=3, 11, 19, 37, 55, 87） 碱金属元素为1A族，+1价，易电离1个电子； 其核外电子由内层电子和价电子组成， 内层电子与原子核组成原子实，带+e电量， 而1个价电子为-e电量，应该与H原子很类似， 应该可以把氢(类氢)原子的分析方法推广到碱金属 问题： 系限由跃迁终态决定，1辅、2辅系系限相同，原因何在？ 分析氢的情况： 实际测量的光谱当然是叠加在一起的，为什么可分为不同线系，怎样分？ 右边第一项是固定项，决定系限，由跃迁终态决定；第二项是变化项，决定于跃迁初态。 由于存在内层电子，n相同时能量对l 的简并消除。光谱项需用两个量子数 n 、l 来描述。 用 ?s , ?p , ?d , ?f 分别表示电子所处状态的轨道角动量量子数 l = 0 , 1 , 2, 3时的量子数亏损。 3、锂的四个线系 主 线 系： 第二辅线系： 第一辅线系： 柏格曼系： 碱金属原子= 原子实(有效核电荷数Z*=1)+1个价电子 原子的化学性质及光谱决定于价电子。 原子实极化（形成电偶极子），使电子又受到电偶极子的电场的作用，能量降低，同一n值，?越小，由于价电子轨道越扁，原子实的极化越强； 轨道贯穿（电子云的弥散），对于那些偏心率很大的轨道（l 小）， 接近原子实的那部分会穿入原子实而发生轨道贯穿，这时价电子感受到库仑作用的正电荷数Z*1, 从而使能量明显降低。 则光谱项为： 量子力学定量处理 小结：碱金属原子光谱 1、实验规律: 所有的碱金属原子的光谱，具有相仿的结构，实验观察的谱线一般分为四个线系。 3. 理论解释 原子实模型 原子实极化与轨道贯穿 能级间跃迁的选择定则： 2、分析：光谱结构决定于能级结构 ①二辅系：间距相同，源于同一原因，即跃迁终态2p能级，设想2p是双层，ns 是单层，则得到间距相同的双线结构； ②主线系：波数差随波数增加即n 增加而减小，可见不是同一来源，假定s单层，p双层且随着n的增加间距不断缩小，则可解释主线系的双线结构的规律； ③一辅系：设想p、d 能级皆为双线，跃迁满足选择定则，可得到三线结构；光谱线的最外两线的跃迁终态是2p 能级分裂，因而间距不变且与2辅系相同，亦与主线系第1条间距相同；中间1条线来源不同，随n 增加，d 的双层间距不断减小，因此波数小的两条线间距不断减小，最后归于一条系限。 Bohr-S理论的角动量方向量子化 量子力学的角动量方向量子化 方法：基态银原子束以相同的速度方向通过与速度方向垂直的不均匀磁场，不同 ?Z的原子受力不同，因而落在照相底片上位置不同。由底片上银原子的分布情况可以判断?Z的分布情况。 Ag原子的运动类似平抛运动，偏转距离为: 实验基础： 1). Stern-Gerlach实验中Ag原子角动量空间有两个取向，与2l+1为奇数矛盾； 2). 碱金属光谱的精细结构说明其能级是双层的，仅用轨道角动量无法解释。 讨论： 1). 电子自旋没有经典图象，否则电子自旋的切向速度为: 3、单电子的总磁矩 3、单电子的总磁矩 五、碱金属能级的双层结构 即 j=l+1/2的能级比没有 l-s 耦合上升，j=l-1/2比原来下降，双层能级的间隔为： 一、碱金属原子态的符号 三、氢原子光谱的精细结构 1、单电子原子的能级结构 轨道的贯穿和原子实极化体现在Z*=Z-s，能量修正正比于Z*4，且 n, l 越小Z*越大，可见 n, l 越小, 碱金属原子的精细结构分裂越大。 此公式可直接由Dirac方程导出。 对于氢原子，Z-s = Z-s = 1，所以，对于同一