原子物理学课件第4-5章.ppt

第四章 碱金属原子,§1 碱金属的光谱实验规律,有四个线系，注意其规律光谱规律：1）,注意：n*---有效量子数,测得----n2*略小于n2,n2* = n2 - Δ,,,,线系限相 同,,,规律2）每个线系的线系限的波数是另一个线系的第二项值最大的一个,Li 光谱跃迁图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,H原子,Li原子,,,,,主线系,,,辅 I系,,,辅 II系,,,,,,,,共振线,5S,,,,,,碱金属能级图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,H原子,锂原子,,,,§2 原子实的极化与贯穿,一.碱金属结构,原子实—碱金属原子除去 1价电子 剩下的正离子部分比较,有效 负电荷,二、原子实的极化与贯穿理论,极化,轨道越扁,极化/贯穿越显著极化\贯穿使Z*增大 Z*1,贯穿,原子实,有效 正电荷,结果,——原子实+1价电子,----价电子使原子实负电中心偏移,----价电子轨道穿入原子实.,,,三. 碱金属的能级公式---极化贯穿对原子总能的影响,无极化,贯穿,有极化,贯穿,结论, 贯穿极化使总能量下降E与n、l 有关. E关于 l 的简并解除， 不同 轨道, E不同。

四.碱金属的波数理论公式及极化贯穿对光谱的影响,无极化贯穿时,有极化贯穿时,--—与实验完全一致,,,五、遗留问题,2、碱金属的精细结构,----预示了能级有分裂,,,`,,,,4.3碱金属原子光谱的精细结构,主线系,二辅系,一辅系,,,,,,规律：1）主线系两成分间隔随波数增加而减小,4 3 2 1,2）二辅系双线间隔不变，直至线系限,3）一辅系由三线构成，波数较小的两线间隔减小,谱线精细结构反映了能级情况,p能级为双层能级，s能级为单层能级,所有p能级都是双层，间隔随n的增加而减小,所有d能级都是双层，间隔随n的增加而减小,,,,,,,,,,,,结论： 1）碱金属的s能级是单层，其余能级为双层 2）同一L值，双层能级间隔随n的增大而减小 3）同一n值，L值越大，双层能级间隔越小,4,3,2,4,作业：P143— 1; 3; 4; 补充：画Na能级图 答案：1—1.85V、 5.38V. 3---S = 2.23 、P =1.8 4---2760.7Å 、3306.2Å 、 7922.9Å 、7141.8Å,,,作业：P143— 5; 补充：画出Na能级图、主线系跃迁，并 计算Na共振线5893的光谱波数裂距 （考虑自旋）,,,第三节 电子的自旋,一、电子的自旋假设（1925年 乌楞贝克）,假设根据之一：史特恩—盖拉赫实验,应得一束Ag原子,实验结果：两束Ag,则：μ= μ l+ μ自旋,,理论分析,( Z = 46+1 ),推 断：自旋,自旋假设,（近似）,自旋磁量子数： ms= +1/2、-1/2 。

自旋角量子数： S,（因有2S+1=2取向）,= 1/2 固有的,量子的结果,乌楞贝克结果,比较,二.自旋对电子总能量的影响——精细结构的研究,自旋与轨道的相互作用：,1.以电子为参考系, 核绕电子转,在电子处产生,电磁学理论：,2. 与 的相互作用产生的附加能,原子总能量：,无自旋,有自旋时的附加能,,,,三. 碱金属原子的总角动量 — 自旋的影响,运动状态用角动量描述,乌楞贝克理论,轨道角动量,自旋角动量,总角动量,量子结论,,,,,,,四、自旋附加能、 的定量运算,式中各量：,Z*e,,,修正上式,考虑相对论的结果：加修正量1/2 1/r3—平均值，需知电子分布，量子力学结果θ,,,,a1= r0,当 l 很大时：统一,,,,,碱金属能级公式,精细常数：,讨论, E由n、l、j 决定, 同轨道 n l 一定, 但 j 不同,,双层能级间隔,则E不同.,,,其中：,,,（1）,（2）,结论:原p,d,f 态的一个能级分裂成2个能态,,,,,,结论:原S 态能级不分裂,五、对精细结构的解释——能级分裂,（3）精细结构的双线结构、三线解释,,,三线,双线,,Li 原子能级的精细结构----考虑自旋,,,,,,,,,,,,,,,,S能级,P能级,D能级,F能级,,,,,,,,,五、碱金属原子态符号n，l，j，s,2s+1—能级分裂重数 2重态,j—PjPs相对方向,,j大 Pl Ps同向,j小 Pl Ps反向,例,例,,,第四节 单电子辐射跃迁选择定则,一、选择定则,二、例Li原子光谱跃迁，基态Li：n=2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4.6氢原子的光谱精细结构和蓝姆移动,1.氢原子能级的精细结构的理论,影响氢原子能量的因素：,主要部分：波尔理论,相对论效应：索末菲,自旋与轨道的相互作用,,统一的能量 公式,,能量 的主要部分：,相对论效应：,电子自旋作用：,讨论：1）碱金属原子实极和轨道贯穿效应,2）碱金属中相对论效应可以忽略,能量的一般公式：,双层结构,讨论：,1）氢原子不同L相同j的能级是简并的，碱金属情况相反,2）精细结构部分与 成正比，因此碱金属精细结构较氢原子明显,3）精细结构能量变化随n，l，j的增大而减小,波尔,S能级,P能级,D能级,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,氢原子能级的精细结构,由选择定则,赖曼系：n至1能级,双线结构,巴耳末系：n至2能级,,,,,,,,,2.氢原子光谱精细结构的观察,双线结构的波数差理论值与实验值有0.010cm－1的差别,3.蓝姆移动,,,,10.2eV,讨论： 1）自发跃起的几率与发射频率的立方成正比，因此,2）蓝姆移动的解释：量子电动力学,主线系：,锐线系：,漫线系：,基线系：,实验表明，氦原子的光谱也是由这些线系 构成的，与碱金属原子光谱不同的是：,氦原子光谱的上述四个线系都出现双份， 即两个主线系，两个锐线系等。

1．谱线的特点,第五章 多电子原子,研究对象：He、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、 Zn、 Cd、Hg,（第II主付族）,实验中发现这两套谱线的结构有明显的差异， 一套谱线由单线构成，另一套谱线却十分复杂氦原子的光谱由两套谱线构成，一套是单层的，另一套是三层，这两套能级之间没有相互跃迁，它们各自内部的跃迁便产生了两套独立的光谱早先人们以为有两种氦，把具有复杂结构的氦称为正氦，而产生单线光谱的称为仲氦；,现在认识到只有一种氦，只是能级结构分为两套第一节 两个价电子的原子的原子态,一、两个价电子的原子的结构,=原子实+2个价电子,例,,,二、电子组态,1.电子组态—不同状态的电子的组合,例,依次,,强调：单电子跃迁,2.同一种电子组态可构成多个原子态—多能态—多总角动量,二价电子间的 六种相互作用,电子组态一定时，多个能态区别于相互作用能的不同三、L—S耦合---形成的原子态—能级（G1,;G2G3; G4),1、L—S耦合法,（1）G1（S1S2）求总自旋角动量PS2）G2（l1 l2）求总轨道角动量,L取值个数：,,例,,,（3）L—S耦合——求原子的总角动量PJ,J取值个数：,,（4）L—S时原子态符号 ---------------------,讨论,两个价电子的原子的单重态和三重态,单重态（S=0）,结论：对于每一对S、L----J只有一个取值,所以是单重态。

三重态（S=1）,结论：每一对S、L------J有3个取值—3个状态—三重态,,,2、求一种电子组态L—S时形成的原子态及能级,举例,已知：电子组态2p3d,L—S,单重态S=0，J=L,,,三重态S=1，J=L+1，L，L-1,,,,2p3d能级图,倒转,正,,3、L—S耦合确定能级高低的规律—洪特定则,条件：L—S耦合，同一电子组态,①L相同，S大的能级低②S相同，L大的能级低朗德间隔定则：三重态中相隔之比等于J中最大的 两个数之比洪特定则,作业：P143— 1; 3; 4; 补充：画Na能级图 答案：1—1.85V、 5.38V. 3---S = 2.23 、P =1.8 4---2760.7Å 、3306.2Å 、 7922.9Å 、7141.8Å,,,。