1、第四章 碱金属原子和电子自旋,4.1 碱金属原子的光谱4.2 原子实的极化和轨道的贯穿4.3 碱金属原子的精细结构4.4 电子的自旋和轨道的相互作用4.5 单电子跃迁的选择定则4.6 氢原子光谱的精细结构与蓝姆移动,1,4.1 碱金属原子的光谱,一、碱金属原子的光谱,碱金属原子的光谱具有相似的结构，类似于氢原子光谱，可分成几个线系,分别称为主线系、第一辅线系(漫线系）、第二辅线系(锐线系)和柏格曼系(基线系)。,2,主线系(the principal series)：谱线最亮，波长的分布范围最广，第一条呈红色，其余均在紫外。, 第一辅线系(漫线系the diffuse series)：在可见部
2、分，其谱线较宽，边缘有些模糊而不清晰。, 第二辅线系(锐线系the sharp series)：第一条在红外，其余均在可见区，谱线较窄，边缘清晰。, 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。,锐线系和漫线系的系限相同，所以均称为辅线系。,3,二、线系公式,H原子光谱：,碱金属原子光谱线的波数也可以表示为二项之差：,系限：,有效量子数,系限:,类H离子光谱：,4,1有效量子数,3光谱项,H原子和类H离子：主量子数n是整数,碱金属原子：n*, m*不是整数 有效量子数,2量子数亏损,n*，m*和整数之间的差值：,l与n无
3、关，与l 有关，l大，l小,l = 0、1、2、3 s 、 p 、 d 、f ,5,4电子状态符号,电子状态用量子数 n、l 、m描述,对一定的n，l =0、1、2n-1，共n个值,对一定的l，m =0、1、l ，共2l +1个值,l =0、1、2、3、4 s、p、d、f、g,6,7,表4.1列出了从锂原子各个线系算出的T ，n*，,8,主线系：,锐线系：,漫线系：,基线系：,(1) n*一般略小于n，只有个别例外。,(2) 同一线系的l几乎相同，即l相同的l大概相同,(3) 不同线系的l不同，且l愈大，l愈小。,n2,n3,n3,n4,np2s,ns2p,nd2p,nf3d,9,三、锂原子的
4、能级图,10,锂原子的基态2s：,锂原子第一激发态2p：,锂原子电离电势：,锂原子第一激发电势 ：,碱金属原子的能量与n、l有关，表示为：,一个n，对应n个能级。而且,11,表4.2列出了从钠原子各个线系算出的T ，n*，,12,氢、锂、钠原子能级图,13,例：已知钾原子基态为4s，其共振线(主线系第1条谱线)波长为766.5nm，主线系线系限为285.8nm，试求：(1) 4s、4p的量子数亏损(s, p)的值。(2) 钾原子的电离能。,解：钾原子主线系的波数公式：,基态能量：,电离能：,14,钾原子的共振线：,第一激发态能量：,电离电势：,第一激发电势：,4p 4s,15,4.2 原子实极
5、化和轨道贯穿,Li：Z=3=212 + 1Na：Z=11=2(12+22) + 1K： Z=19=2(12+22+22) + 1Rb：Z=37=2(12+22+32+22) + 1Cs：Z=55=2(12+22+32+32+22) + 1Fr：Z=87=2(12+22+32+42+32+22) + 1,一、价电子与原子实,特点：,在一个完整的结构之外有一个电子 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,16,碱金属原子：带1个正电荷的原子实 + 1个价电子,相同之处：只有一个电子起作用,不同之处：原子实 原子核,H原子：带1个正电荷的原子核
6、+ 1个电子,原子实的极化 轨道的贯穿,同氢原子的比较：,基态不同,Li、Na、K、Rb、Cs、Fr的基态依次为：2s、3s、4s、5s、6s、7s。,能量不同,17,二、原子实极化,价电子作用 原子实极化电偶极子能量降低,l 大， 轨道圆，极化弱，能量Enl 大,l小，轨道扁，极化强，能量Enl 小,n=l+1,18,三、轨道贯穿,当很l小时，价电子的轨道极扁，价电子可能穿过原子实 轨道贯穿。,原子实外 Z*=1 贯穿 Z* 1 平均：Z* 1,19,光谱项：,能量：,l小贯穿几率大能量低,碱金属与氢原子光谱的不同是由于结构不同引起的。碱金属中，价电子的运动会引起原子实极化和电子轨道贯穿，因而使能量降低。,Z* 1,20,
