原子物理第四章(4.1-4.4).ppt

1、第四章 碱金属原子和电子自旋,4.1 碱金属原子的光谱,一.实验规律,谱线构成四个线系，并存在线系限； 线系内部谱线的间隔和强度向短波方向递减； 第一辅线系和第二辅线系有共同的线系限.,四个线系的特点： 主线系：明亮，范围最广（principal） 第一辅线系：模糊，又名漫线系（diffuse） 第二辅线系：明锐清晰，又名锐线系(sharp) 柏格曼线系：又名基线系（fundamental）,二.谱线的波数公式,三.锂原子的谱线的波数,分析特点：,1. 变化端向固定端跃迁；命名以变化端为准。,2. 有三个固定端 2s,2p,3d,3. 跃迁的条件,四.锂原子的能级,1.锂原子的光谱项,2.锂原

2、子的能级,结论：主量子数n决定能量的主要部分，n大， E高；轨道角动量量子数l 决定能量的次要部分，l 大，E高。,4.2 原子实的极化和轨道的贯穿,一.原子实和价电子,结论： 稳固的结构电子 原子实价电子,二.原子实的极化,由于原子实的外面只有一个价电子，而原 子实可以看作是只带一个单位正电荷的电荷集 团，所以碱金属原子可以简化成“原子核”和 核外一个电子的情形，与氢原子类似。所以碱 金属原子的光谱与氢光谱的规律有很强的相似 之处。,另一方面，碱金属原子谱线的波数表达与 氢光谱存在不同，而且在相同主量子数n下，碱 金属相应的能量总是低于氢原子的，这主要是 由于原子实的极化和轨道的贯穿效应。,

3、氢原子的情况,碱金属原子的情况,结论：原子实同时包含正负电荷，所以当价电子运动时，会引起电荷的极化，使正负电荷中心相对偏移，形成电偶极子。而电偶极子形成的电场使电子感受到一个额外的吸引力，从而引起能量的降低。,三.轨道的贯穿,原子实可以看作原子核，但与真正的原子 核还是不同。例如在某些偏心率较大的、很扁 的椭圆轨道上，电子有可能进入原子实的范围 内运动，这时对电子起作用的有效电荷数Z*1， 这时能量就会大大降低。这称为轨道的贯穿。,非贯穿轨道与贯穿轨道的对比,4.3 碱金属原子光谱的精细结构,一.光谱的精细结构：对碱金属原子的光谱， 若用分辨本领足够高的仪器进行观察，会发 现每条光谱线是由两条

4、或三条谱线组成。,二.实验规律,主线系：两成分的间隔随着波数的增加而逐渐减少，最后并入一个线系限。 第二辅线系：两成分的间隔随着波数的增加并不发生变化，最后仍有两个线系限。 第一辅线系：由三条线构成； 最外两条的间隔同第二辅线系各条线中两成分有共同间隔； 每条线中波数较小的两条成分间的距离随着波数的增加而缩小，最后并入一个线系限。,三.理论解释,第二辅线系：两成分的间隔随着波数增加并不发生变化，那就必然是由于同一原因。这个线系是由诸s能级向最低的p能级跃迁产生。我们可以设想这个p能级是双层的，而s能级是单层的，这样就会得到线系里的每条线都是双线，而且波数差相等的情况。 主线系：两成分的间隔随着

5、波数的增加而逐渐减少，最后并入一个线系限。这个线系是由诸p能级向最低的s能级跃迁产生。按照上面的推论，我们如果设想所有的p能级是双层的，而所有的s能级是单层的，那就可以得到这样的结论：所有的p能级都是双层的，而且双层能级的间隔随着n的增大逐渐减少。这样的推论与主线系的情况完全吻合。,第一辅线系：由三条线构成，线系是由诸d能级向最低的p能级跃迁产生。现已推论，最低的p能级是双层的，谱线中又有三个成分，所以我们有理由推论所有的d能级也是双层的，而且双层能级的间隔随着n的增大而减小。,第一辅线系：所有的d能级也是双层的，而且双层能级的间隔随着n的增大而减小。由推论可知d能级的双层能级间隔小于2p能级

6、的双层能级间隔。所以我们可以推断双层能级的间隔随着l的增大也是减小的。,四.结论,碱金属原子的s能级是单层的，其余的p、d、 f 等能级都是双层的。对同一个l值，双层能级 的间隔随着量子数n的增大而减小。对同一个n 值，双层能级间隔随着量子数l的增大而减小。,4.4 电子自旋与轨道运动的相互作用,一.自旋：电子的固有属性,荷兰大学生乌仑贝克和古兹米特针对碱金属原子能级的双层能级结构、史特恩盖拉赫实验的结果大胆地提出电子的自旋运动的假设。,二.自旋角动量及总角动量的合成,返 回,三.自旋同轨道相互作用引起的附加能量,以原子核为参照系 电子的轨道运动,以电子为参照系 原子核的轨道运动,的定义,4.结论,讨论：,四.碱金属