原子的精细结构修改.ppt

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1、§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)。（1）主线系（theprincipalseries）：谱线最亮，波长的分布范围最广，第一呈红色，其余均在紫外。（2）第一辅线系（漫线系thediffuseseries）：在可见部分，其谱线较宽，边缘有些模糊而不清晰，故又称漫线系。（3）第二辅线系（锐线系thesharpseries）：第

2、一条在红外，其余均在可见区，其谱线较宽，边缘清晰，故又称锐线系。锐线系和漫线系的系限相同，所以均称为辅线系。（4）柏格曼系（基线系thefundamentalseries）：波长较长，在远红外区，它的光谱项与氢的光谱项相差很小，又称基线系。碱金属原子的里德伯公式当时，系限。二、线系公式有效量子数。里德伯研究发现，与氢光谱类似，碱金属原子的光谱线的波数也可以表示为二项之差：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、和整数之间有一个差值，用表示，量子数亏损与无关，与有关，大，小，0、

3、1、2、3……2．量子数亏损3．光谱项对一定的l,ml=0、1、2……l，共2l+1个值。4．电子状态符号电子状态用量子数n、l、ml描述对一定的n，l=0、1、2……n-1，共n个值。l=0、1、2、3、4……s、p、d、f、g……碱金属原子的能量与n、l两个量子数有关，表示为。一个n，对应n个能级。而且表4.1列出了从锂原子的各个线系算出的T、以及，从表中可以看出：(1)一般略小于n，只有个别例外。(2)同一线系的差不多相同，即l相同的大概相同。(3)不同线系的不同，且l愈大，愈小。(4)每个线系的系

4、限波数恰好等于另一个线系的第二项的最大值。总结以上所述，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对钠原子光谱，也有同样形式的四个线系公式：主线系：第一辅线系：第二辅线系：柏格曼系：原子实极化和轨道贯穿价电子与原子实Li：Z=3=212+1Na：Z=11=2(12+22)+1K：Z=19=2(12+22+22)+1Rb：Z=37=2(12+22+32+22)+1Cs：Z=55=2(12+22+32+32+22)+1Fr：Z=87=2(12+22+32+42+32+22

5、)+1共同之处：最外层只有一个电子价电子其余部分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+一个电子首先是基态不同-Li、Na、K、Rb、Cs、Fr的基态依次为：2s、3s、4s、5s、6s、7s。其次是能量不同原子实是一个球形对称的结构，它里边的原子核带有Ze正电荷和（Z-1）e负电荷，在原子最外层运动的价电子好象是处在一个单位正电荷的库仑场中，当价电子运动到靠近原子实时，由于价电子的电场作用，原子实中带正电的原子核与带负电的电子的中心会发生微小的偏移

6、，于是负电的中心不再在原子核上，形成一个电偶极子。这就是原子实的极化。极化而成的电偶极子的电场又作用于价电子，使它感受到除库仑场以外的另加的吸引力，有效电荷不再为一个单位的正电荷，这就引起能量的降低。对于同一n值，l值较小的轨道是偏心率较大的椭圆轨道，当电子运动到一部分轨道上时，由于离原子实很近，所以引起较强的极化，对能量的影响大；对l值较大的轨道来说，是偏心率不大的轨道，近似为圆形轨道，极化效应弱，所以对能量的影响也小。可以看出，对能级产生影响的除了R值，还有有效电荷，通过前面的学习我们了解到R值是与核的质量联系

7、着的，而原子实极化和轨道贯穿导致了碱金属和氢原子之间有效电荷的差别。当有效电荷代替Z时，我们得到原子实极化价电子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能量降低小，小，极化强，能量低轨道贯穿当很小时，价电子的轨道极扁，价电子的可能穿过原子实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本节介绍原子中电子轨道运动引起的磁矩，从电磁学定义出发，我们将得到它的经典表达式，利用量子力学的计算结果，我们可以得到电子轨道磁矩的量子表达式。

8、对原子中电子轨道磁矩的讨论使我们发现，电子运动轨道的大小，运动的角动量以及原子内部的能量都是量子化的。不仅如此，我们还将看到，在磁场中或电场中，原子内电子的轨道只能取一定的方向，一般地说,在电场或磁场中，原子的角动量也是量子化的，人们把这种情况称作空间量子化。前面我们详细讨论了氢原子和碱金属原子的能级与光谱，理论与实验符合的很好，可是后来用高分辨率光谱仪观测