原子物理 第四章 金属原子和电子自旋PPT课件

实外 Z*=1 贯穿 Z* > 1 平均：Z* > 1
光谱项：
TZ*2
R n2
(ZnR*)2
nR*2
n*
n Z*
T
R n*2
R n2
EhcnR*2 hcnR2
<n
小 贯穿几率大 能量低
E n sE n pE n dE n f E n 11
综上，原子实 极化和价电子 的轨道贯穿两 种效应，使得 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。
波长（埃）
3
2.线系公式
锂原子的四个线系可公式表为:
主线系:
R R
(2S)2 (np)2
，n = 2, 3, 4…
第二辅线系：
(2Rp)2
R (ns)2
，n =3,4,5…
第一辅线系：
(2Rp)2 (nRd)2
，n =3,4,5…
柏格曼系：
(3Rd)2
R (nf
)2
， n =4,5,6…
第一项:该线系的线系限. RLi1097c2m91
对其它原子有相似的线系表示. 4
3.光谱项公式
光谱 :Tn 项 R R
n*2 (n)2
l : 量子数亏损
(
氢原子: T (n)
R n2
)
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:
En,l hc(nRl)2
和自旋运动相联系还存在自旋角动量。
17
2、电子自旋角动量量子数
s 1 2
电 子 自 旋 角 动 量 大 小 Ss(s 1 )3 2
3、电子自旋角动量空间取向量子化
sz ms
1 2
m s s,s1 ,......,s1 2,1 2
m s:自 旋 磁 量 子 数
18
4、电子自旋磁矩
e
s me s
16
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 按伦照菲这斯一假特设），电子除轨道运动外，还存在一种自旋运动，
1、价电子与原子实 1 s2 s 2 p3 s 3 p4 s 3 d 4 p5 s 4 d 5 p ...
Li：Z=3 基态电子排布: Na：Z=11 基态电子排布:
1s2 2s1 1s22s22p63s1
K： Z=19 基态电子排布: 1s22s22p63s23p64s1
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
l 小 , 轨道“扁”，近日点离原子实近，
极化强，能量低
E n sE n pE n dE n f E n
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。
10
3、轨道贯穿
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。
第四章 碱金属原子和电子自旋
4.1 碱金属原子光谱的实验规律
碱金属原子：Li,Na,K,Rb,Cs,Fr,一价元素
1.线系
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）； （又称基线系）。
12
4.量子力学定量处理
远离原子实运动
V(r) Z*e2 4πε0r
靠近原子实运动
V(r)4Z*e02r4e0pr2
解薛定谔方程得能量和光谱项
En
hcR (n Δ )2
T(n,) R (nΔ
)2
2ep
402(21)
13
4.3 碱金属原子光谱的精细结构
1.碱金属光谱的精细结构实验事实
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。 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。
(
氢原子:En
R hc
n2Hale Waihona Puke Baidu
)
5
4.能级图 s
0
=0
5 10000 4
3 20000
p =1
5 4
3
d =2
5 4
3
f =3
5 4
柏 格 曼 系
2 30000
40000
厘米-1
2
锂原子能级图
H 567 4 3 2
6
锂的四个线系
主 线 系： 第二辅线系： 第一辅线系： 柏格曼系：
~2SnP ，n = 2, 3, 4…
14
碱金属原子三个线系的精细结构示意图
15
2.实验结果的分析推论
能级为什么会
光谱线的任何分裂都是能级分裂的结果。 发生精细分裂呢？
以Li原子为例。
二辅系：2P-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。
~ PnS ，n =3,4,5…
~2P nD，n =3,4,5…
~3D n F， n =4,5,6…
钠的四个线系
主 线 系：
~3SnP
，n = 3, 4…
~3Pn S ，n =4,5…
第二辅线系：
~3P nD ，n =3,4…
第一辅线系：
柏格曼系：
~3D n F ， n =4,5…
7
4.2 原子实的极化和轨道贯穿
1
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
总体概述
点击此处输入 相关文本内容
点击此处输入 相关文本内容
2
波数 （cm-1 ）
40000
30000
20000
10000
主线系 第一辅线系 第二辅线系
柏格曼系
2500 3000
图
锂的光谱线系
4000 50006000700100000 20000
e
（电子轨道运动磁矩： ） l
2me
5、单电子总角动量
j s 相应量子数记为j: j= +s, +s-1,.... -s
对于单电子s＝1/2,所以： 对 l 0, j 1 ; 2
对 l 0, j l 1 ,l 1
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 )
价电子如被激发到能量高状态上，则从能量高状态向下跃迁
时将发射光谱。
8
非贯穿轨道
贯穿轨道
价电子的轨道运动
9
2. 原子实极化
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