原子物理學(xué)-堿金屬原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)

1、堿金屬原子光譜的精美構(gòu)造一堿金屬光譜的精美構(gòu)造堿金屬光譜的每一條光譜是由二條或三條線構(gòu)成，以下圖。二、定性解說為認(rèn)識(shí)釋堿金屬光譜的精美構(gòu)造，能夠做以下假定：1P、D、F能級(jí)均為兩重構(gòu)造，只S能級(jí)是單層的。2若l必定，兩重能級(jí)的間距隨主量子數(shù)3若n必定，兩重能級(jí)的間距隨角量子數(shù)n的增添而減少。l的增添而減少。4能級(jí)之間的躍遷恪守必定的選擇定章。依據(jù)這類假定，就能夠解說堿金屬光譜的精美構(gòu)造。電子自旋同軌道運(yùn)動(dòng)的互相作用一、電子自旋角動(dòng)量和自旋磁矩1925年，荷蘭的烏倫貝克和古德史密特提出了電子自旋的假定：每個(gè)電子都擁有自旋的特征，因?yàn)樽孕鴵碛凶孕莿?dòng)量S和自旋磁矩s，它們是電子自己所固有的，又稱

2、固有矩和固有磁矩。pss(shh1自旋角動(dòng)量：1)s*，s222外場方向投影：Szmsh，21共2個(gè)，ms2自旋磁矩：esmpsepsmehs(s1)m23B外場方向投影：ezSzBm共兩個(gè)偶數(shù)，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合。1928年，Dirac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)假定供給了理論依照。二、電子的總角動(dòng)量電子的運(yùn)動(dòng)=軌道運(yùn)動(dòng)+自旋運(yùn)動(dòng)軌道角動(dòng)量：pll(l1)hl*hl0,1,2n122自旋角動(dòng)量：pss(s1)hs*hs1222總角動(dòng)量：pjplpspjj(j1)hj*h22jls，ls1，ls當(dāng)ls時(shí)，共2s1個(gè)值當(dāng)ls時(shí)，共2l1個(gè)值因?yàn)閟121，一個(gè)值。當(dāng)l

3、0時(shí)，js21，兩個(gè)值。當(dāng)l1,2,3時(shí)，jl2比如：當(dāng)l1時(shí)，j113j1122122pll(lh2hpsh3h1)2s(s1)2222pjj(j1)h15h,3h22222pl和ps不是平行或反平行，而是有必定的夾角p2jpl2p2s2plpscosp2jpl2ps2cos2plps當(dāng)jls時(shí)cos當(dāng)jls時(shí)cosj(j1)l(l1)s(s1)2l(l1)s(s1)l1)s0，90o，稱pl和ps“平行”l(ls(s1)l1s0，90o，稱pl和ps“反平行”l(l1)s(s1)原子的角動(dòng)量=電子軌道運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量+電子自旋運(yùn)動(dòng)角動(dòng)量+核角動(dòng)量。原子的磁矩=電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩+電子自旋運(yùn)動(dòng)磁

4、矩+核磁矩。三、電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩電子軌道運(yùn)動(dòng)的閉合電流為：ieT“-”表示電流方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相反面積：dA1rrd1r2dt22一個(gè)周期掃過的面積：AdAT1r21T2dt1TpldtplT2dtmr2m02m02m0iApleepl2m2mpll(l1)h是量子化的2epll(l1)hel(l1)B量子化的。2m4mBhe9.27401023Am2玻爾磁子4mLzhml2空間取向量子化eLzmlz2mB四、自旋軌道互相作用能電子因?yàn)樽孕\(yùn)動(dòng)而擁有自旋磁矩：epsm擁有磁矩的物體在外磁場中擁有磁能：El,ssBsBcos電子因?yàn)檐壍肋\(yùn)動(dòng)而擁有磁場：B0qr0Z*e(rm)0Z*epl4r

5、34mr34mr3El,ssBeps0Z*e0Z*e2plm3pl2r3ps4mr4m1考慮相對論效應(yīng)后，再乘以因子做修正El,s0Z*e2pspl8m2r3psplplpscos1j(j1)l(l1)s(s1)(h)222100c21Z*e21j(j1)l(l1)s(s1)(h2El,s22r3)404mc2是一個(gè)變量，用均勻值取代：1Z*240h2(r3)33l(l1)(l此中：a142me2a1n21)代入整理得：Rhc2Z*4j(j1)l(l1)s(s1)El,s1231)nl(l)(l2原子的總能量：EEn,lEl,s五、堿金屬原子能級(jí)的分裂l1，能級(jí)分裂為雙層2當(dāng)jl1時(shí)，El,sRhc2Z*42312n(l)(l1)2當(dāng)jl1時(shí)，El,sRhc2Z*42312nl(l)2雙層能級(jí)的間隔：Rhc2Z*4El02n3l(l1)議論：1能級(jí)由n、j、l三個(gè)量子數(shù)決定，當(dāng)l0時(shí)，js，能級(jí)不分裂；當(dāng)l0時(shí)，jl1，能級(jí)分裂為雙層。22能級(jí)分裂的間隔由當(dāng)n一準(zhǔn)時(shí)，l大，n、l決定E小，即E4pE4dE4f當(dāng)l一準(zhǔn)時(shí)，n大，E小，即E2pE3pE4