碱金属原子结构及光谱

第三章碱金属原子结构及光谱

-e

§3.1、碱金属的原子光谱与能级原子实

一、光谱特点

主线系

锂原子

漫线系线系限

锐线系

柏格曼系

主线系：红色←→紫外

漫线系：可见光, 由轮廓弥散的谱线组成。

漫线系：可见光,由轮廓弥散的谱线组成。

锐线系：红外,可见光,由轮廓细锐的谱线组成。锐线系：红外, 可见光,由轮廓细锐的谱线组成。柏格曼系：红外。

特点：结构相近, 明显分线系

漫线系和锐线系有共同的线系限

其他碱金属也有相仿的线系结构

¾锂(Li)原子：

l = 0, 1, 2, 3,

Δs>Δp>Δd>Δf

,,,

0.4049, 0.0404, 0.001, 0.000

可见，l 越小⇒Δ

越大⇒能级越低

l

¾Na 原子的量子数亏损与锂原子类似

三、能级

玻尔的跃迁假设

原子从一个定态跃迁到另一定态，会发射或吸收一个光子。n

E 玻尔频率关系

n m

h E E ν=−h νm

E 相应的波数公式为

发

射

n m

hc E E ν=−

Li 原子跃迁图

原子物理

S

P

D

F

4

特点：

4条谱线，4个线系；3

柏格曼系

3个终端：2S, 2P,3D;锐线系

漫线系

2个量子数：n, l ;2

2P

1条选择定则。

2S 6707

λ注：除四线系外，高能级到低能级的跃迁也有，只是强度小与１／n 3

Li 基态

成正比。

四、类氢轨道和轨道贯穿

碱金属原子（如锂、钠等）中，最外层只有一个电子，称为价电子。

原子核和其它电子组成的实体称为原子实。

-e

原子实

碱金属原子的结构与氢原子有类似之处。

当原子中只有价电子的能量发生变化时，

“原子的能量”常常是指其价电子的能量。

但是与氢原子不同的是：碱金属原子能级除与n 有关外还与l 有关，所以光谱与氢有差别n l

原子实极化

¾价电子对原子实中负电荷的排斥使原子实负电荷的重心向远离电子方向移动造成了原子实的极化

¾−(Z −1)e Ze 负电荷重心偏移后

价电子感受到的原子核

●●●-e 使价电子附加的吸引作用增强了

原子实极化

了一

部分负的电势能

轨道贯穿

¾对于不同的l 有不同的电子云分布对应于不

l

同的“轨道”对于那些l 小的轨道电子有可能进入原子实这称为轨道贯穿

¾轨道贯穿使电子感受

到了更多正电荷的作用

因此能量要降低

综合结果

:

¾l 比较大时（接近于n），不考虑原子实的极化l

价电子仅感受到了一个有效正电荷的作用，价电子的轨道称之类氢轨道。

¾当量子数变小时，价电子的轨道趋于偏平，偏心率加大，会出现轨道在原子实中贯穿的现象。

主线系:

原子物理

ν~增加

锐线系：

漫线系：主线系:双线间隔随波数增加而逐步减小，最后并入到

同一线系限之中

锐线系：双线间隔是固定不变的(不随波数增加而变化)，

直到线系限也是如此。

原子物理

漫线系：均由三线构成，其中最外两根线的间隔是固定不变，并与第二辅线系中的两线间隔相等。但右侧两根线的间隔随波数增加而逐步减小，最后并入到同一线系限之中。

为何碱金属原子光谱的精细结构中会出现双线和三线结构?

n E h νh ν一条谱线分裂为两条，这表明，跃

m E 迁的初态和末态所相应的两条能级

中至少有一条分裂成了两条。

初态能级分裂的情况：末态能级分裂的情况：

E Δ=Δ m

h c E νΔ=Δ 变

初态

,n

h c ν ν

Δ 随初态改变νΔ不变 hc E E ν

=−跃迁公式：末态

n m

初态末态能级都分裂的情况：

D 能级也是分裂的

D→P能级跃迁

及相应的谱线

结论：

碱金属原子的S能级是单能级，其余所有P、D、F等能级都是分裂成双能级的。对l

同一l 值，双层能级间隔随量子数n的增加而渐减。

L i原子

S D F

P

4

柏格曼系3

锐线系

漫线系

2

λ

6707

Li基态

L i原子

S D F

P

4

柏格曼系3锐线系

2漫线系

主线系

Li基态

二、电子自旋同轨道运动相互作用

（S.1925年乌伦贝克（G.E.Uhlenbeck）和古兹米特（S. Goudsmit）根据史特恩-盖拉赫实验、碱金属光谱的精细结构等许多实验事实，提出了大胆的假设：电子

不是点，它有固有的和相应的自旋磁矩

自旋角

动量s μ s

s

电子带负电，磁矩的方向和自旋的方向应相反。

s

μ