堿金屬原子的光譜2ppt課件

1、14.3 堿金屬原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)堿金屬原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu) 一、堿金屬光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)一、堿金屬光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu) 每一條譜線由二條或三條線組成。每一條譜線由二條或三條線組成。2二、定性解釋二、定性解釋 假設(shè)：假設(shè)： p、d、f能級均為雙重結(jié)構(gòu)，只有能級均為雙重結(jié)構(gòu)，只有s s能級是單層的。能級是單層的。若若l一定，雙重能級的間距隨主量子數(shù)一定，雙重能級的間距隨主量子數(shù)n的增加而減少的增加而減少若若n一定，雙重能級的間距隨角量子數(shù)一定，雙重能級的間距隨角量子數(shù)l的增加而減少。的增加而減少。能級之間的躍遷遵守一定的選擇定則能級之間的躍遷遵守一定的選擇定則4p3p2p2s5s4s3s2p5d4d3d2p

2、主線系主線系 銳線系銳線系 漫線系漫線系3堿金屬光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)事實(shí)堿金屬光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)事實(shí) 用高分辨光譜儀作實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，主線系和銳線系都是雙線結(jié)構(gòu)，漫線系和基線系都是用高分辨光譜儀作實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，主線系和銳線系都是雙線結(jié)構(gòu)，漫線系和基線系都是三線結(jié)構(gòu)。例如鈉的黃色光譜線，就是它的主線系的第一條線，是由波長為三線結(jié)構(gòu)。例如鈉的黃色光譜線，就是它的主線系的第一條線，是由波長為5890和和5896的兩條分線構(gòu)成。的兩條分線構(gòu)成。光譜線的任何分裂都是能級分裂的結(jié)果，那么光譜線的任何分裂都是能級分裂的結(jié)果，那么 能級為什么會發(fā)生精細(xì)分裂呢？能級為什么會發(fā)生精細(xì)分裂呢？ 原子中電子和原子核的庫侖作用導(dǎo)致

3、了原子內(nèi)部的粗線條結(jié)構(gòu)。由于帶電粒子的運(yùn)動，原子中電子和原子核的庫侖作用導(dǎo)致了原子內(nèi)部的粗線條結(jié)構(gòu)。由于帶電粒子的運(yùn)動，它們之間還存在磁相互作用，磁相互作用給出原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)。量子力學(xué)的處理就是將磁它們之間還存在磁相互作用，磁相互作用給出原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)。量子力學(xué)的處理就是將磁場作用能引入薛定諤方程中進(jìn)行求解。場作用能引入薛定諤方程中進(jìn)行求解。 史特恩蓋拉赫實(shí)驗(yàn)和堿金屬雙線結(jié)構(gòu)是磁相互作用的表現(xiàn)。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)使人們認(rèn)識史特恩蓋拉赫實(shí)驗(yàn)和堿金屬雙線結(jié)構(gòu)是磁相互作用的表現(xiàn)。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)使人們認(rèn)識到電子的自旋運(yùn)動。到電子的自旋運(yùn)動。44.4 電子自旋同軌道運(yùn)動的相互作用電子自旋同軌道運(yùn)動的相互作用一、電子

4、自旋角動量和自旋磁矩一、電子自旋角動量和自旋磁矩 每個(gè)電子都具有自旋的特性，由于自旋而具有自旋角動量和自旋磁矩，它們是電子本身所固有每個(gè)電子都具有自旋的特性，由于自旋而具有自旋角動量和自旋磁矩，它們是電子本身所固有的，又稱固有矩和固有磁矩。的，又稱固有矩和固有磁矩。) 1( ssS21s自旋量子數(shù)自旋量子數(shù)1925年，烏楞貝克和古德史密特提出了電子自旋的假設(shè)：年，烏楞貝克和古德史密特提出了電子自旋的假設(shè)：電子自旋角動量電子自旋角動量：在空間任何方向上的投影只能取兩個(gè)數(shù)值在空間任何方向上的投影只能取兩個(gè)數(shù)值2zs 5自旋磁矩在空間任意方向上的投影只能取兩個(gè)數(shù)值：自旋磁矩在空間任意方向上的投影只能

5、取兩個(gè)數(shù)值：szmS 21sm自旋磁量子數(shù)自旋磁量子數(shù)2szzBeeSmm 自旋磁矩自旋磁矩：BsssmeSme3) 1(電子自旋有兩個(gè)取向，一個(gè)順磁場電子自旋有兩個(gè)取向，一個(gè)順磁場 ，一個(gè)反磁場，一個(gè)反磁場1212電子的自旋運(yùn)動絕不是機(jī)械的自轉(zhuǎn)，它是相對論效應(yīng)。電子的自旋運(yùn)動絕不是機(jī)械的自轉(zhuǎn)，它是相對論效應(yīng)。6軌道磁矩軌道磁矩：BlllLme) 1(2lzmL lml, 2, 1, 0個(gè)共12 l在外場方向投影在外場方向投影：BlzzlmLme2軌道角動量軌道角動量：) 1( llL軌道角量子數(shù)：軌道角量子數(shù)：1,2 , 1 , 0nl 1928年，年，Dirac從量子力學(xué)的基本方程出發(fā)，很

6、自然地導(dǎo)出了電子自旋的性質(zhì)，為這個(gè)假設(shè)提從量子力學(xué)的基本方程出發(fā)，很自然地導(dǎo)出了電子自旋的性質(zhì)，為這個(gè)假設(shè)提供了理論依據(jù)。供了理論依據(jù)。 軌道磁量子數(shù)軌道磁量子數(shù)7二、電子的總角動量二、電子的總角動量電子的運(yùn)動電子的運(yùn)動= =軌道運(yùn)動軌道運(yùn)動+ +自旋運(yùn)動自旋運(yùn)動 SLJ) 1( jjJ總角動量：總角動量： sl 1 slslj時(shí)當(dāng)sl 個(gè)值共12 s由于由于 21s21 sj時(shí)當(dāng)0l一個(gè)值一個(gè)值時(shí)當(dāng)sl 個(gè)值共12 l時(shí)當(dāng)3 , 2 , 1l21lj兩個(gè)值兩個(gè)值電子的軌道角動量和自旋角動量合成一個(gè)總角動量電子的軌道角動量和自旋角動量合成一個(gè)總角動量電子總角動量量子數(shù)電子總角動量量子數(shù)8例：例

7、：1l21,23j2) 1(llL23) 1(ssS23,215) 1(jjJ21sLS和和不是平行或反平行，而是有一定的夾角不是平行或反平行，而是有一定的夾角 9cos2222LSSLJ222()cos2LSJLS) 1() 1(2) 1() 1() 1(sslljjssllslj0) 1() 1(cosssslllo90”“平行和SLsljo90”“反平行和SL0) 1() 1(1cosssslllSLJ101電子軌道運(yùn)動的磁場電子軌道運(yùn)動的磁場 帶電原子實(shí)的運(yùn)動在電子所在處產(chǎn)生磁場帶電原子實(shí)的運(yùn)動在電子所在處產(chǎn)生磁場 ：320*320*304)(44rLmceZrmrmceZrrqB00

8、1c 三、自旋三、自旋軌道相互作用能軌道相互作用能 由于電子有自旋磁矩由于電子有自旋磁矩s ，在電子為靜止的坐標(biāo)系上，原子實(shí)，在電子為靜止的坐標(biāo)系上，原子實(shí) 繞電子旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生磁場繞電子旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生磁場B。*Z e11電子由于自旋運(yùn)動而具有自旋磁矩：電子由于自旋運(yùn)動而具有自旋磁矩：Smes具有磁矩的物體在外磁場中具有磁能：具有磁矩的物體在外磁場中具有磁能：2. 自旋自旋軌道相互作用能軌道相互作用能BsmessSme3) 1(BEssl,LrmceZSmeEsl320*,4LSrcmeZ32202*421考慮相對論效應(yīng)后，再乘以因子考慮相對論效應(yīng)后，再乘以因子:LSrcmeZEsl32202*,

9、8LSJLSSLJ222212)(21222SLJLS322022*,16)1() 1() 1(rcmsslljjeZEsl2)1() 1() 1(21sslljj) 1)(21()1(3313*3lllnaZr) 1)(21(16)1() 1() 1(331220224*,lllnacmsslljjeZEslr是一個(gè)變量，用平均值代替：是一個(gè)變量，用平均值代替：13) 1)(21(2) 1() 1() 1(34*2,lllnsslljjZRhcETslsl原子的總能量原子的總能量：sllnEEE,2)(lnlnRhcEcmeR3204)4(4ce02422014mea) 1)(21(2) 1

10、() 1() 1(34*2,lllnsslljjZRhcEsl（靜電相互作用）14四、堿金屬原子能級的分裂四、堿金屬原子能級的分裂21 lj0) 1)(21(234*21llnZRhcE高于原能級高于原能級 21 lj) 1(34*2llnZRhcE0l0)21(234*22llnZRhcE低于原能級低于原能級 雙層能級的間隔雙層能級的間隔：討論：討論：1能級由能級由n、l、j三個(gè)量子數(shù)決定三個(gè)量子數(shù)決定：0l12j 能級不分裂能級不分裂0l21 lj能級分裂為雙層能級分裂為雙層12s 152能級分裂的間隔由能級分裂的間隔由n、l決定：決定：小En 一定時(shí)，一定時(shí)， l大，大，) 1(34*2

11、llnZRhcEnfndnpEEEl 一定時(shí)，一定時(shí)， n大，大，小EpppEEE4323雙層能級中，雙層能級中，j 值較大的能級較高。值較大的能級較高。21 lj21 ljsllnEEE,10E20E2p3/22p1/22p16jsLn12 原子態(tài)：原子實(shí)的角動量為零，價(jià)電子的角動量就等于原子的角動量，價(jià)電子的量子數(shù)就可以用原子態(tài)：原子實(shí)的角動量為零，價(jià)電子的角動量就等于原子的角動量，價(jià)電子的量子數(shù)就可以用來描述整個(gè)原子，稱為原子態(tài)。形式為：來描述整個(gè)原子，稱為原子態(tài)。形式為：電子態(tài)：電子態(tài)：nl4堿金屬原子態(tài)符號：堿金屬原子態(tài)符號：如如n=3, l=2 則電子態(tài)為則電子態(tài)為 3d0l 123spdf12s 21 ljL 0123122S312 22,P3 52 22,D5 72 22,F17單電子輻射躍遷的選擇定則（電偶極單電子輻射躍遷的選擇定則（電偶極 躍遷定則）躍遷定則）1l1, 0 j4.5 單電子輻射躍遷的選擇定則單電子輻射躍遷的選擇定則n主量子數(shù)主量子數(shù)l軌道量子數(shù)（角動量量子數(shù)）軌道量子數(shù)（角動量量子數(shù)）s自旋量子數(shù)自旋量子數(shù)j總角動量量子數(shù)總角動量量子數(shù)1E不限定不限定n0s 禁戒躍遷（禁戒躍遷（ ）2E1M2M18主線系：主線系：nps 2銳線系：銳線系：nsp 2漫線系：漫線系：ndp 2基線系