原子物理课件第三章

光谱项：T Z *2 R R R n2 ( n )2 n*2 Z*
n*
n Z*
<n
RR T n*2 n2
E
hc
R n*2
hc
R n2
因此产生能量降低
3．贯穿发生的情况
偏心率大的轨道 即L值小的轨道 l 小 贯穿几率 大 能量低
碱金属原子光谱的精细结构
一. 精细结构： 有些光谱粗看起来是一条线，但用分辨本领足够高的仪器观
第四章 碱金属原子
H原子：能级
En
Rhc n2
光谱项 T
(n)
R n2
由 h En Em 谱线的波长解释实验规律
§4.1 碱金属原子光谱的实验规律
一、光谱结构
1． 锂原子光谱
碱金属原子具有相仿的结构，谱线构成几个线系，一般观察到四个线系， 它们是：
（1）主线系（the principal series）： 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the diffuse series）： 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the sharp series）： 第一条在红外，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the fundamental series）： 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
负电中心
称为原子实的极化
价电子除受库仑场的作用＋电偶极子的作用
引起能量的降低
另外，在同一n值中，L小，偏心率大，部分轨道离原子实近，引起 较强的极化，能量影响较大．L大，接近于圆，极化较小，对能量的影响 较少。
三、轨道贯穿 从表 4.1，4.2 及图 4.3 可以看到 Li 的 s 及 Na 的 p 能级比 H
二、碱金属原子光谱线的规律 光谱波数 n
n
R n*2
R：里德常数 是线系限的波数，n* ：量子数（有效量子数）
但不是常数
对于每一谱线系，测出波长后,作适当数据处理可以求得系限
的波数，便可求得有效量子数
请同学们看表 4·1 和表 4·2
分别列的是 Li 和 Na 的各线系的第二光谱项值 T 和对应的 n* 值
由 Li 的波数公式可以画出其能级图，给出的能级图形，
其中相同 L 的画在同一列上。注意到 n 相同 L 不同的那
些能级的间隔颇大。
三、锂原子的能级图 E hcTLeabharlann Baidu
§4.2 原子实极化和轨道贯穿
碱金属原子光谱和H原子光谱既相似、又不同，这是由于原子结构的特点 所引的。
一、价电子与原子实 Li：Z=3=212+1 Na：Z=11=2(12+22)+1 K： Z=19=2(12+22+22)+1 Rb：Z=37=2(12+22+32+22)+1 Cs：Z=55=2(12+22+32+32+22)+1 Fr：Z=87=2(12+22+32+42+32+22)+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 价电子模型原子实(带+e电荷)+价电子
表中可知： n* RX T
1．有效量子数
有效量子数 n*非常接近整数，n*可写成为：
n*=n-Δ
n 称为主量子数
表中已标出了各系的Δ，同一线系Δ几乎相同，至于为什么是这
样以后再讨论。
2．表中的 L 称为角动量量子数，相当于 n 。
L=0,1,2,3,…n-1
对应状态称 s, p, d, f,…表中利用 s,p,d,f 字母表示不同线系的光谱
项，也表示相应的能量和电子状态。
例如，主线系，右边第二项称为 p 项，相应能级为 p 能级，对应
能级的电子态称为 p 态
线系公式：Li：主线系：~
R (2 s)2
R (n p)2
第一辅线系：~
R (2 p)2
(n
R d )2
第二辅线系：~
R (2 p)2
R (n s)2
柏格曼系：~
R (3 d )2
(n
R f
)2
Na：主线系：~
R (3 s)2
(n
R p)2
第一辅线系：~
R (3 p)2
(n
R d )2
第二辅线系：~
R (3 p)2
(n
R s)2
柏格曼系：~
R (3 d )2
(n
R f
)2
结论：关于碱金属原子的光谱项可以表示为：
T
R n*2
R (n
)2
与Ｈ的差别是，n*不是整数, n*=n-Δ
价电子的轨道如同氢原子中的情况，但在金属原子中价电子 的轨道有两种，在氢原子中没有，他们是
原子实的极化 轨道在原子实中的贯穿
二、原子实极化
原子实：球形对称的结构、核 Ze 正电荷＋（Z－1）e 负电荷
价电子在相当于只有一个正电荷的库仑场中运动由于价电子的电场作用
正电中心
→原子实的
发生微小的相对位移→形成一个电偶极子
察，这条线不是由简单的一条线组成，而是由二或二条以上的 线组成，称这现象为光谱的精细结构。 二. 碱金属原子的精细结构 1．特点
主线系： 每一条光谱线是由两条线构成的
第二辅线系：
第一辅线系： 每一条光谱线是由三条线组成
柏格曼系： 5890 A°
例如 Na，主线系的第一条 5893A° 5896 A°
的对应能级要低很多，原子实极化可影响能量，即使能量降低， 但极化不能使能量降低很多，因此引起能量的降低还有另外的原 因： 1. 原子实轨道的贯穿：在 n 2 时，在 L 值较小的轨道，电子轨迹
有部分穿入原子实内，引起能量的降低→贯穿。
2．贯穿产生的效果
实外 Z*=1 平均：Z* > 1
贯穿 Z* > 1
1．原子实：原子中由除价电子外其他电子和原子核组成的完整而 又稳固的结构。
价电子：原子实外的电子称为价电子。 2. 价电子的作用
a. 化学性质和光谱的产生完全由这个价电子起作用 b. 价电子与原子实结合不牢固，容易脱离，可以从能量较低的
轨道跃迁到能量较高的轨道而发出辐射 c. 价电子的最小轨道不是原子中的最小轨道
2．结构示意图及规律
主线系：每条线中两成分间隔随波数增加而逐渐缩小，最后并入一个系 限。 第二辅线系：各线成分具有相同间隔，直到系限也一样。 第一辅线系：每条线由三线组成，但最外两条的间隔同第二辅线系各条 中两成分间隔相同，且与主线系第一条两成分间隔相等，每条线中波数 较小的两成分间隔随波数增加而减小，最后并入同一线系限。