夏俊毅钠原子光谱的观测与分析.docVIP

钠原子光谱的观测与分析 Abstract:This experiment aims at measure and observe the spectrums of sodium by Atomic Emission Spectrometry.And some spectrums of the principal series,sharp series and diffuse series have been received.Some erros have been found and explained and the intensions of some spectrums just conform to the law of the summation of the intensions. 关键词：原子物理 原子光谱项的波长 原子发射光谱法 Na原子 平面光栅单色仪 引言： 通过对氢原子的研究，人们认识到电子围绕原子核运动时只能处于一系列能量不连续的状态，获得关于氢原子结构的知识，对于多电子原子，除了原子核和电子的相互作用外，还存在着电子之间的相互作用，电子的自旋运动和轨道运动的互相作用也更为显著。本试验以钠原子光谱为例，通过对钠原子光谱的观察，分析，加深对碱金属原子中外层电子和原子实相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的了解，在对光谱线系进行分析和波长测量的基础上，计算钠原子中价电子在不同轨道运动时的量子缺，绘制钠原子的部分能级图，并根据双重线不同成分的波长差，计算价电子在某些轨道运动时原子实的有效电荷。 理论部分： （一） 原子光谱的产生： 1、原子的壳层结构 原子是由原子核与绕核运动的电子所组成。每一个电子的运动状态可用主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数等四个量子数来描述。 主量子数，决定了电子的主要能量E。角量子数，决定了电子绕核运动的角动量。 磁量子数 (轨道方向的量子数)，决定了电子绕核运动的角动量沿磁场方向的分量。 自旋量子数（自旋方向量子数）,决定了自旋角动量沿磁场方向的分量。 2、光谱项 由于核外电子之间存在着相互作用，其中包括电子轨道之间的相互作用，电子自旋运动之间的相互作用以及轨道运动与自旋运动之间的相互作用等，因此原子的核外电子排布并不能准确地表征原子的能量状态，原子的能量状态需要用以n、L、S、J等四个量子数为参数的光谱项来表征：，n为主量子数。Ｌ为总角量子数。其数值为外层价电子角量子数l的矢量和即： S为总自旋量子数，多个价电子总自旋量子数是单个价电子自旋量子数ms的矢量和，其值可取0，±1/2，±1，±3/2，±2 …。J为内量子数，是由于轨道运动与自旋运动的相互作用即轨道磁矩与自旋磁矩的相互影响而得出的，它是原子中各个价电子组合得到的总角量子数L与总自旋量子数S的矢量和，即J=L+S。J的求法为:J=（L+S），（L+S-1），……，|L-S|。 3、跃迁规则 跃迁光谱选择定则。对于L-S耦合，这些选择定则是： （1）在跃迁时候，主量子数n的改变不受限制。 （2）ΔL＝，即跃迁只允许在S与p之间、P与S或者D之间,D与P或F之间等。 （3）ΔS＝0，即单重态只能跃迁到单重态，三重态只能跃迁到三重态 （4）ΔJ＝0、但当J＝0，ΔJ＝0的跃迁是禁止的。 （二） 原子谱线的强度及其影响因素： 考虑到各个能级的统计权重，可以利用谱线跃迁的强度和定则来估算谱线的相对强度。 强度和定则:⑴从同一能级向下能级跃迁产生的所有谱线成分的强度和正比该能级的同济权重g上⑵终于同一下能级的所有谱线的强度和正比于该能级的统计权重g下 （三） 钠原子光谱的线系 纳原子光谱中各谱线的波数ν，可以用下列“里德堡”关系式表示：其中 R 为里德堡常数 (＝109737cm-1 )，在钠原子及其它碱金属原子光谱中，由于原子核外除了最外层的一个价电子以外还有内层的许多电子，相应的 n1 和 n2 就不再是整数了。可以写成 n - μ，其中 n 是主量子数，μ 称为量子亏损= 量子亏损是由原子实的极化和价电子在原子实中的贯穿引起的, 是反映原子实作用于价电子的电场与点电荷的电场偏离程度的物理量。本实验是用实验方法测量钠原子光谱中各谱线的波数以计算钠原子中价电子的各能级和相应的量子亏损。各线系中谱线的波数可由下列公式表示： ???其中第一项