1、第四章 堿金屬原子,1 堿金屬的光譜實驗規(guī)律,有四個線系，注意其規(guī)律。,光譜規(guī)律：1）,注意：n*-有效量子數(shù),測得-n2*略小于n2,n2* = n2 - ,線系限相 同,規(guī)律2）每個線系的線系限的波數(shù)是另一個線系的第二項值最大的一個,Li 光譜躍遷圖,H原子,Li原子,主線系,輔 I系,輔 II系,共振線,5S,堿金屬能級圖,H原子,鋰原子,2 原子實的極化與貫穿,一.堿金屬結(jié)構(gòu),原子實堿金屬原子除去 1價電子 剩下的正離子部分。,比較,有效 負電荷,二、原子實的極化與貫穿理論,極化,軌道越扁,極化/貫穿越顯著。,極化貫穿使Z*增大。 Z*1,貫穿,原子實,有效 正電荷,結(jié)果,原子實+1價

2、電子,-價電子使原子實負電中心偏移,-價電子軌道穿入原子實.,三. 堿金屬的能級公式-極化貫穿對原子總能的影響,無極化,貫穿,有極化,貫穿,結(jié)論, 貫穿極化使總能量下降。,E與n、l 有關(guān). E關(guān)于 l 的簡并解除， 不同 軌道, E不同。,四.堿金屬的波數(shù)理論公式及極化貫穿對光譜的影響,無極化貫穿時,有極化貫穿時,-與實驗完全一致,五、遺留問題,2、堿金屬的精細結(jié)構(gòu),-預示了能級有分裂,4.3堿金屬原子光譜的精細結(jié)構(gòu),主線系,二輔系,一輔系,規(guī)律：1）主線系兩成分間隔隨波數(shù)增加而減小,4 3 2 1,2）二輔系雙線間隔不變，直至線系限,3）一輔系由三線構(gòu)成，波數(shù)較小的兩線間隔減小,譜線精細結(jié)

3、構(gòu)反映了能級情況,p能級為雙層能級，s能級為單層能級,所有p能級都是雙層，間隔隨n的增加而減小,所有d能級都是雙層，間隔隨n的增加而減小,結(jié)論： 1）堿金屬的s能級是單層，其余能級為雙層 2）同一L值，雙層能級間隔隨n的增大而減小 3）同一n值，L值越大，雙層能級間隔越小,4,3,2,4,作業(yè)：P143 1; 3; 4; 補充：畫Na能級圖 答案：11.85V、 5.38V. 3-S = 2.23 、P =1.8 4-2760.7 、3306.2 、 7922.9 、7141.8,作業(yè)：P143 5; 補充：畫出Na能級圖、主線系躍遷，并 計算Na共振線5893的光譜波數(shù)裂距 （考慮自旋）,第

4、三節(jié) 電子的自旋,一、電子的自旋假設（1925年 烏楞貝克）,假設根據(jù)之一：史特恩蓋拉赫實驗,應得一束Ag原子,實驗結(jié)果：兩束Ag,則：= l+ 自旋,理論分析,( Z = 46+1 ),推 斷：自旋,自旋假設,（近似）,自旋磁量子數(shù)： ms= +1/2、-1/2 。,自旋角量子數(shù)： S,（因有2S+1=2取向）,= 1/2 固有的,量子的結(jié)果,烏楞貝克結(jié)果,比較,二.自旋對電子總能量的影響精細結(jié)構(gòu)的研究,自旋與軌道的相互作用：,1.以電子為參考系, 核繞電子轉(zhuǎn),在電子處產(chǎn)生,電磁學理論：,2. 與 的相互作用產(chǎn)生的附加能,原子總能量：,無自旋,有自旋時的附加能,三. 堿金屬原子的總角動量 自

5、旋的影響,運動狀態(tài)用角動量描述,烏楞貝克理論,軌道角動量,自旋角動量,總角動量,量子結(jié)論,四、自旋附加能、 的定量運算,式中各量：,Z*e,修正上式,考慮相對論的結(jié)果：加修正量1/2。, 1/r3平均值，需知電子分布，量子力學結(jié)果。,a1= r0,當 l 很大時：統(tǒng)一,堿金屬能級公式,精細常數(shù)：,討論, E由n、l、j 決定, 同軌道 n l 一定, 但 j 不同,雙層能級間隔,則E不同.,其中：,（1）,（2）,結(jié)論:原p,d,f 態(tài)的一個能級分裂成2個能態(tài),結(jié)論:原S 態(tài)能級不分裂,五、對精細結(jié)構(gòu)的解釋能級分裂,（3）精細結(jié)構(gòu)的雙線結(jié)構(gòu)、三線解釋,三線,雙線,Li 原子能級的精細結(jié)構(gòu)-考慮

6、自旋,S能級,P能級,D能級,F能級,五、堿金屬原子態(tài)符號n，l，j，s,2s+1能級分裂重數(shù) 2重態(tài),jPjPs相對方向,j大 Pl Ps同向,j小 Pl Ps反向,例,例,第四節(jié) 單電子輻射躍遷選擇定則,一、選擇定則,二、例Li原子光譜躍遷，基態(tài)Li：n=2,4.6氫原子的光譜精細結(jié)構(gòu)和藍姆移動,1.氫原子能級的精細結(jié)構(gòu)的理論,影響氫原子能量的因素：,主要部分：波爾理論,相對論效應：索末菲,自旋與軌道的相互作用,統(tǒng)一的能量 公式,能量 的主要部分：,相對論效應：,電子自旋作用：,討論：1）堿金屬原子實極和軌道貫穿效應,2）堿金屬中相對論效應可以忽略,能量的一般公式：,雙層結(jié)構(gòu),討論：,1）

7、氫原子不同L相同j的能級是簡并的，堿金屬情況相反,2）精細結(jié)構(gòu)部分與 成正比，因此堿金屬精細結(jié)構(gòu)較氫原子明顯,3）精細結(jié)構(gòu)能量變化隨n，l，j的增大而減小,波爾,S能級,P能級,D能級,氫原子能級的精細結(jié)構(gòu),由選擇定則,賴曼系：n至1能級,雙線結(jié)構(gòu),巴耳末系：n至2能級,2.氫原子光譜精細結(jié)構(gòu)的觀察,雙線結(jié)構(gòu)的波數(shù)差理論值與實驗值有0.010cm1的差別,3.藍姆移動,10.2eV,討論： 1）自發(fā)躍起的幾率與發(fā)射頻率的立方成正比，因此,2）藍姆移動的解釋：量子電動力學,主線系：,銳線系：,漫線系：,基線系：,實驗表明，氦原子的光譜也是由這些線系 構(gòu)成的，與堿金屬原子光譜不同的是：,氦原子光譜

8、的上述四個線系都出現(xiàn)雙份， 即兩個主線系，兩個銳線系等。,1譜線的特點,第五章 多電子原子,研究對象：He、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、 Zn、 Cd、Hg,（第II主付族）,實驗中發(fā)現(xiàn)這兩套譜線的結(jié)構(gòu)有明顯的差異， 一套譜線由單線構(gòu)成，另一套譜線卻十分復雜。,氦原子的光譜由兩套譜線構(gòu)成，一套是單層的，另一套是三層，這兩套能級之間沒有相互躍遷，它們各自內(nèi)部的躍遷便產(chǎn)生了兩套獨立的光譜。,早先人們以為有兩種氦，把具有復雜結(jié)構(gòu)的氦稱為正氦，而產(chǎn)生單線光譜的稱為仲氦；,現(xiàn)在認識到只有一種氦，只是能級結(jié)構(gòu)分為兩套。,第一節(jié) 兩個價電子的原子的原子態(tài),一、兩個價電子的原子的結(jié)構(gòu),=原子實+2個價

9、電子,例,二、電子組態(tài),1.電子組態(tài)不同狀態(tài)的電子的組合,例,依次,強調(diào)：單電子躍遷,2.同一種電子組態(tài)可構(gòu)成多個原子態(tài)多能態(tài)多總角動量,二價電子間的 六種相互作用,電子組態(tài)一定時，多個能態(tài)區(qū)別于相互作用能的不同。,三、LS耦合-形成的原子態(tài)能級（G1,;G2G3; G4),1、LS耦合法,（1）G1（S1S2）求總自旋角動量PS。,（2）G2（l1 l2）求總軌道角動量,L取值個數(shù)：,例,（3）LS耦合求原子的總角動量PJ,J取值個數(shù)：,（4）LS時原子態(tài)符號 -,討論,兩個價電子的原子的單重態(tài)和三重態(tài),單重態(tài)（S=0）,結(jié)論：對于每一對S、L-J只有一個取值,所以是單重態(tài)。,三重態(tài)（S=1）,結(jié)論：每一對S、L-J有3個取值3個狀態(tài)三重態(tài),2、求一種電子組態(tài)LS時形成的原子態(tài)及能級,舉例,已知：電子組態(tài)2p3d,LS,單重態(tài)S=0，J=L,三重態(tài)S=1，J=L+1，L，L-1,2p3d能級圖,倒轉(zhuǎn),正,3、LS耦合確定能級高低的規(guī)律洪特定則,條件：LS耦合，同一電子組態(tài),L相同，S大的