碱金属原子光谱具有原子光谱的一般规律性

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1、碱金属原子光谱具有原子光谱的一般规律性；各种碱金属原子的光谱，具有类似的结构。通常可观察到四个谱线系。主线系；第二辅线系（又称锐线系）；第一辅线系（又称漫线系）；柏格曼系（又称基线系）。4.1碱金属原子光谱的实验规律第四章碱金属原子和电子自旋碱金属原子：Li,Na,K,Rb,Cs,Fr,一价元素1.线系图锂的光谱线系400003000020000100002500300040005000600070001000020000波数（cm-1）波长（埃）主线系第一辅线系第二辅线系柏格曼系锂原子的四个线系可公式表为:，n=2,3,4…，n=3,4,5…，

2、n=4,5,6…2.线系公式主线系:第二辅线系：第一辅线系：柏格曼系：，n=3,4,5…第一项:该线系的线系限.对其它原子有相似的线系表示.3.光谱项公式(氢原子:):量子数亏损锂：s=0.4p=0.05d=0.001f=0.000钠：s=1.35p=0.86d=0.001f=0.000碱金属原子的能级:(氢原子:)010000200003000040000厘米-126707主线系1869761038126一辅系二辅系柏格曼系2233334444555545s=0p=1d=2f=3H67锂原子能级图4.能级图锂的四个线

3、系主线系：第二辅线系：第一辅线系：柏格曼系：钠的四个线系主线系：第二辅线系：第一辅线系：柏格曼系：，n=3,4,5…，n=3,4,5…，n=4,5,6…，n=2,3,4…，n=4,5…，n=3,4…，n=4,5…，n=3,4…4.2原子实的极化和轨道贯穿1、价电子与原子实共同之处：最外层有一个容易脱掉的电子价电子其余电子和核形成一个紧固的团体原子实碱金属原子：带一个正电荷的原子实+一个价电子(H原子：带一个正电荷的原子核+一个电子)Na：Z=11基态电子排布:Li：Z=3基态电子排布:K：Z=19基态电子排布:价电子如被激发到能量高状态上，则

4、从能量高状态向下跃迁时将发射光谱。非贯穿轨道贯穿轨道价电子的轨道运动2.原子实极化轨道“扁”，近日点离原子实近，极化强，能量低价电子在轨道近日点附近时，吸引原子实中的正电部分，排斥负电部分原子实正、负电荷的中心不再重合原子实极化能量降低当电子远离原子实运动，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。3、轨道贯穿实外Z*=1贯穿Z*>1平均：Z*>1光谱项：<小贯穿几率大能量低当很小时，价电子的轨道扁，价电子可能穿过原子实轨道贯穿。综上，原子实极化和价电子的轨道贯穿两种效应，使

5、得碱金属原子能级分裂，且都使得能量下降；值小的能级，下降较明显。4.量子力学定量处理远离原子实运动靠近原子实运动解薛定谔方程得能量和光谱项4.3碱金属原子光谱的精细结构原子中电子和原子核的库仑作用导致了原子内部的粗线条结构。用高分辨光谱仪观察发现，主线系和锐线系都是双线结构，漫线系和基线系都是三线结构。1.碱金属光谱的精细结构实验事实例如钠的黄色光谱线，就是它的主线系的第一条线，是由波长为5890Å和5896Å的两条分线构成。碱金属原子三个线系的精细结构示意图2.实验结果的分析推论光谱线的任何分裂都是能级分裂的结果。以Li原子为例。二辅系：2P-

6、nS主线系：2S-nP一辅系：2P-nD推论：碱金属原子s能级是单层的，而p,d,f能级都是双层的，对同一值，双层能级间隔随量子数n增大而减小。能级为什么会发生精细分裂呢？4.4电子自旋与轨道运动的相互作用一、电子自旋1、电子自旋概念的提出为了说明碱金属原子光谱的双线结构，和解释斯特恩-革拉赫实验结果，两位不到25岁的荷兰大学生乌仑贝克和古兹米特大胆地提出电子的自旋运动的假设。“你们还年轻，有些荒唐没关系”（导师埃伦菲斯特）按照这一假设，电子除轨道运动外，还存在一种自旋运动，和自旋运动相联系还存在自旋角动量。2、电子自旋角动量量子数3、电子自旋角

7、动量空间取向量子化4、电子自旋磁矩（电子轨道运动磁矩：）5、单电子总角动量对于单电子s＝1/2,所以：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。在无外场情况下，守恒，大小、方向不变，和绕进动，且保持夹角不变。二、自旋--轨道运动相互作用能1、磁性物体在磁场中运动的附加能量2、自旋-轨道相互作用能电子的自旋运动和轨道运动之间通过磁相互作用。在电子为静止的坐标系上，原子实（Z*e）绕电子旋转，并产生磁场B，并与自旋磁矩作用。变换回以核为静止的坐标系，并考虑两坐标系变换的相对论（时间差）效应

8、后，再乘以因子得：详见：史斌星《量子物理》附录☆的处理：量子力学方法：按几率分布所得的平均值代替。对碱金属原子，☆的处理：代入整理得：原