碱金属原子光谱.ppt

1、第四章 碱金属原子和电子自旋,教学内容 4.1碱金属原子的光谱 4.2原子实的极化和轨道的贯穿 4.3 碱金属原子光谱的精细结构 4.4 电子自旋同轨道运动的相互作用 4.5 单电子辐射跃迁的选择定则 教学重点 碱金属原子光谱;电子自旋;单电子角动量的合成 单电子跃迁选择定则 原子光谱的精细结构 教学难点 电子自旋与轨道运动的相互作用 碱金属原子光谱精细结构分析,4.1 碱金属原子的光谱,一、碱金属原子的光谱 各个碱金属原子的光谱具有相似的结构，光谱线也类似于氢原子光谱，可分成几个线系，一般观察到的有四个线系，分别称为主线系、第一辅线系(或称漫线系、第二辅线系(或称锐线系)和柏格曼系(基线系)

2、,二、线系公式,H原子光谱： 当 时， 系限,1有效量子数 H 原子：主量子数n 是整数 碱金属原子：,不是整数有效量子数,2量子数亏损,3光谱项,锂原子的四个线系，可用下列公式表示：,主线系： 第一辅线系： 第二辅线系： 柏格曼系：,4.2 原子实的极化和轨道贯穿,一、原子实模型,二、原子实极化、轨道贯穿,三、量子力学定量处理,一、原子实模型,内层电子 与原子核结合的较紧密，而价电子与核结合的很松，可以把内层电子和原子核看作一个整体称为原子实。价电子绕原子实运动，原子的化学性质及光谱都决定于这个价电子。 锂原子的价电子的轨道：n* 2 钠原子的价电子的轨道：n* 3 原子实的有效电荷数 ：Z

3、*=Z-（Z-1）=1,相当于价电子在n 很大的轨道上运动，价电子与原子实间的作用很弱，原子实电荷对称分布，正负电荷中心重合在一起。有效电荷为+e，价电子好象处在一个单位正电荷的库仑场中运动，与氢原子模型完全相似，所以光谱和能级与氢原子相同。,价电子远离原子实运动,价电子远离原子实,1.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，极化越强。 2.轨道贯穿（电子云的弥散），对于那些偏心率很大的轨道， 接近原子实的那部分还可能穿入原子实发生轨道贯穿，这时Z*1,从而使能量降低。 3.光谱项为：,二、原子实极化、轨道贯穿,改写后： 所以 n*n,a 非贯穿

4、轨道 b 贯穿轨道 价电子的轨道运动,三、量子力学定量处理,远离原子实运动,靠近原子实运动,能量和光谱项,与氢原子的差别,（1）能量由（n, ）两个量子数决定，主量子数相同，角量子数不同的能级不相同。各能级均低于氢原子相应能级。,（2）对同一n值，不同值的能级，值较大的能级与氢原子的差别较小；对同一值，不同n值的能级，n值较大的能级与氢原子的差别较小。,（3）n很大时，能级与氢的很接近，少数光谱线的波数几乎与氢的相同。,一、 电子自旋角动量和自旋磁矩,每个电子都具有自旋的特性，由于自旋而具有自旋角动量 和自旋磁矩 ，它们是电子本质所固有的，又称固有矩和固有磁矩。,自旋角动量：,外场方向投影：,

5、共2个，,自旋磁矩：,4.3 碱金属原子的精细结构,外场方向投影：,共两个偶数,与实验结果相符。,1928年，Dirac从量子力学的基本方程出发，很自然地导出了电子自旋的性质，为这个假设提供了理论依据。,原子的磁矩= 电子轨道运动的磁矩+电子自旋运动磁矩+核磁矩。,个值,电子的运动=轨道运动+自旋运动,二、电子的总角动量,轨道角动量：,自旋角动量：,总角动量：,当,时，共,个值,当,时，共,时，,例如：当,由于,当,时，,，一个值。,当,时，,，两个值。,时,当,时,“平行”,当,，称,和,“反平行”,s,l,j,+,=,三、自旋轨道相互作用能,电子由于自旋运动而具有自旋磁矩：,具有磁矩的物体在外磁场中具有磁能：,电子由于轨道运动而具有磁场：,是一个变量，用平均值代替：,其中：,代入整理得：,原子的总能量：,时，,时，,当,三、碱金属原子能级的分裂,，能级分裂为双层,当,双层能级的间隔：,讨论：,当,时，,，能级不分裂；,当,时，,， 能级分裂为双层。,值较大