-堿金屬原子和電子自旋

1、 堿金屬原子光譜具有原子光譜的一般規(guī)律性；各種堿金屬原堿金屬原子光譜具有原子光譜的一般規(guī)律性；各種堿金屬原子的光譜，具有類似的結(jié)構(gòu)。通?？捎^察到四個譜線系。子的光譜，具有類似的結(jié)構(gòu)。通?？捎^察到四個譜線系。 主線系主線系； 第二輔線系第二輔線系（又稱銳線系）；（又稱銳線系）； 第一輔線系第一輔線系（又稱漫線系）；（又稱漫線系）； 柏格曼系柏格曼系（又稱基線系）。（又稱基線系）。4.1 堿金屬原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律堿金屬原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律第四章第四章 堿金屬原子和電子自旋堿金屬原子和電子自旋圖圖 鋰的光譜線系鋰的光譜線系4000030000200001000025003000400050006000

2、70001000020000波數(shù)波數(shù) （cm-1 ）波長（埃）波長（埃）主線系主線系第一輔線系第一輔線系第二輔線系第二輔線系柏格曼系柏格曼系鋰原子的四個線系可公式表為鋰原子的四個線系可公式表為:22(2)()SpRRn，n = 2, 3, 422(2)()psRRn，n =3,4,522(3)()dfRRn， n =4,5,6主線系主線系: :第二輔線系：第二輔線系：第一輔線系：第一輔線系：柏格曼系柏格曼系：22(2)()pdRRn，n =3,4,5第一項(xiàng)第一項(xiàng):該線系的線系限該線系的線系限.1109729cmRLi對其它原子有相似的線系表示對其它原子有相似的線系表示.22*)n(RnRnT:

3、光譜項(xiàng)( 氫原子氫原子: ) 2)(nRnTl鋰：鋰： s= 0.4 p = 0.05 d= 0.001 f =0.000鈉：鈉： s =1.35 p=0.86 d =0.001 f =0.0002,)(llnnRhcE( 氫原子氫原子: ) 2 EnRhcn 010000200003000040000厘米厘米-12 6707主線系主線系1869761038126一輔系一輔系二輔系二輔系柏格曼系柏格曼系2233334444555545 s =0 p =1 d =2 f =3H 67鋰原子能級圖鋰原子能級圖鋰的四個線系鋰的四個線系主主 線線 系：系： 第二輔線系：第二輔線系： 第一輔線系：第一輔

4、線系： 柏格曼系：柏格曼系： 主主 線線 系：系： 第二輔線系：第二輔線系： 第一輔線系：第一輔線系： 柏格曼系：柏格曼系： nSPn nD DP P 2n nF FD D 3，n =3,4,5，n =3,4,5， n =4,5,6nPS2，n = 2, 3, 4n nD DP P 3n nF FD D 3， n =4,5，n =3,4，n =4,5n nS SP P 3，n = 3, 4nPS34.2 原子實(shí)的極化和軌道貫穿原子實(shí)的極化和軌道貫穿1 1、價電子與原子實(shí)、價電子與原子實(shí)堿金屬原子：帶一個正電荷的原子實(shí)堿金屬原子：帶一個正電荷的原子實(shí) + + 一個價電子一個價電子( H( H原子

5、：原子：帶一個正電荷的帶一個正電荷的原子核原子核+ +一個電子一個電子 ) )1221ss2122612p 3sss212262612p 3s 3p 4sss 價電子如被激發(fā)到能量高狀態(tài)上，則從能量高狀態(tài)向下躍遷價電子如被激發(fā)到能量高狀態(tài)上，則從能量高狀態(tài)向下躍遷 時將發(fā)射光譜。時將發(fā)射光譜。12.2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5pss 非貫穿軌道非貫穿軌道 貫穿軌道貫穿軌道 價電子的軌道運(yùn)動（能級）價電子的軌道運(yùn)動（能級）2. 2. 原子實(shí)極化原子實(shí)極化價電子出現(xiàn)在離原子實(shí)較近的區(qū)域價電子出現(xiàn)在離原子實(shí)較近的區(qū)域的幾率高，的幾率高， 極化極化強(qiáng)，能量強(qiáng)，能量低低,小l 價電子出現(xiàn)在距

6、原子實(shí)較近價電子出現(xiàn)在距原子實(shí)較近區(qū)域時，吸引原子實(shí)中的正電區(qū)域時，吸引原子實(shí)中的正電部分，排斥負(fù)電部分部分，排斥負(fù)電部分 原子實(shí)原子實(shí)正、負(fù)電荷的中心不再重合正、負(fù)電荷的中心不再重合 原子實(shí)極化原子實(shí)極化 能量降低能量降低當(dāng)電子遠(yuǎn)離原子實(shí)運(yùn)動，價電子好象處在一個單位正電荷當(dāng)電子遠(yuǎn)離原子實(shí)運(yùn)動，價電子好象處在一個單位正電荷的庫侖場中運(yùn)動，與氫原子模型完全相似，所以光譜和能的庫侖場中運(yùn)動，與氫原子模型完全相似，所以光譜和能級與氫原子相同。級與氫原子相同。nnfndnpnsEEEEE3 3、軌道貫穿、軌道貫穿 2*2*22*)(nRZnRnRZT*Znn n22*nRnRT22*nRhcnRhcE

7、nnfndnpnsEEEEE 原子中電子和原子核的庫侖作用導(dǎo)致了原子內(nèi)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)。部的粗線條結(jié)構(gòu)。堿金屬原子三個線系的精細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖堿金屬原子三個線系的精細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖光譜線的任何分裂都是能級分裂的結(jié)果。光譜線的任何分裂都是能級分裂的結(jié)果。以以LiLi原子為例。原子為例。二輔系：二輔系：2P-nS 2P-nS 主線系：主線系：2S-nP2S-nP一輔系：一輔系：2P-nD2P-nD 能級為什么會能級為什么會發(fā)生精細(xì)分裂呢？發(fā)生精細(xì)分裂呢？一、電子自旋一、電子自旋“你們還年輕，有些荒唐沒關(guān)系你們還年輕，有些荒唐沒關(guān)系”（導(dǎo)師埃導(dǎo)師埃倫菲斯特）倫菲斯特）1

8、2s 3(1)2電子自旋角動量大小 Ss s12zssm 11,1, .,22smsss:自 旋 磁 量 子 數(shù)smesesm 2eelm jsj= +s, +s-相應(yīng)量子數(shù)記為j1,. : -s10,;2110,22對對ljljll 19281928年，年，DiracDirac從量從量子力學(xué)的基本方程出子力學(xué)的基本方程出發(fā)，很自然地導(dǎo)出了發(fā)，很自然地導(dǎo)出了電子自旋的性質(zhì)，為電子自旋的性質(zhì)，為這個假設(shè)提供了理論這個假設(shè)提供了理論依據(jù)。依據(jù)。 jjs二、自旋二、自旋- 軌道運(yùn)動相互作用能軌道運(yùn)動相互作用能BE*000333()444Z eqrZ ermBrmrm r -*0,34l ssZ ee

9、EBSmmr *20234Z esm r21, l sE*20238Z esm r31r31r3333011/21()()Zrna sjs2222jss222222(1),(1),(1)而jj jss s 2(1)(1)(1)2sj js s 2*4,3(1)(1)(1)12()(1)2l sRhcZj jl ls sEn l ll2,)(llnnRhcE,n jn ll sEEE, l sEjln ,n lE, n sEj012j 2*4,312()(1)2l sRhcZEn ll01212jj2*4,312()2l sRhcZEn l l2*43(1)RhcZEn l l0l討論：討論：n

10、jl1能級由能級由 三個量子數(shù)決定，三個量子數(shù)決定，0lsj 當(dāng)當(dāng) 時，時， ，能級不分裂；，能級不分裂；0l21 lj當(dāng)當(dāng) 時，時， ， 能級分裂為雙層。能級分裂為雙層。nl2能級分裂的間隔由能級分裂的間隔由 決定決定nlE當(dāng)當(dāng) 一定時，一定時， 大，大， 小，即小，即fdpEEE444lnE當(dāng)當(dāng) 一定時，一定時， 大，大， 小，即小，即pppEEE4322*43(1)RhcZEn l ln 2122612p 3sss 212ss2612p 3p212.ss2612p 4s21sjnL21sjnL:n:L, , , , .S PDF G0,1,2,3,4.:j21:s212s 2S23 /

11、23P3,1,3/2nj21 / 23S3,0,1/2nj21 / 23P3,1,1/2nj2/523 D2/323 D10 ,1lj主線系主線系2P1/22P3/22S1/2101,jl221/21/2223/21/222n PSn PS2,3,4.n 221/21/2223/21/233n PSn PS3,4,5.n 2P1/22P3/22S1/2 2D3/22D5/22F5/22F2/3 2P1/22P3/22D3/22D5/2n nS SP P 3n nD DP P 3n nF FD D 32/122/123SnP2/122/323SnP2/322/123DnP2/322/323DnP2/522/323DnP2/522/323FnD2/522/523FnD2/722/523FnD鈉原子鈉原子nPS 32/322/ 123PnS2/322/123PnSrE 對對氫氫原原子子 Z-s=1。當(dāng)當(dāng)主主量量子子數(shù)數(shù)一一定定時時，軌軌道道量量子子數(shù)數(shù)越越小小，rE就就越越大大，能能級級就就越越低低。對對 S 能能級級，相相對對論論效效應(yīng)應(yīng)尤尤為為顯顯著著。能能級級分分裂裂為為 n層層，n相相同同，l越越小小的的能能級級越越低低。 22313142rERhcZsnnl24,3()(1)(1)(1)12()(1)2l sRhcZsj jl ls sEn l ll EnjEnEr