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1、这一实验事实的启示是什么？, 4.1 光谱规律,第四章 碱金属原子,碱金属原子：Li, Na, K, Rb, Cs, Fr(Z=) 3, 11, 19, 37, 55, 87,实验表明：电子在较远轨道间跃迁产生的光谱与氢原子的光谱极相似。,特点：最外层有一个价电子,其余电子和核形成原子实,碱金属原子：原子实 + 一个价电子,H原子：原子核 + 一个电子 ),Na：Z=11 基态电子排布:,Li：Z=3 基态电子排布:,K： Z=19 基态电子排布:,0,10000,20000,30000,40000,厘米-1,2,主线系,8126,一辅系,二辅系,柏格曼系,2,2,3,3,3,3,4,4,4,
2、4,5,5,5,5,4,5,s =0,p =1,d =2,f =3,H,6,7,Li原子能级图,Li原子的四个谱线系（能级由量子数n和决定）,主线系： np2s (n2)第二辅线系（又称锐线系） ns2p (n3)第一辅线系（又称漫线系） nd2p (n3)柏格曼系（又称基线系） nf3d (n4),= 0 1 2 3 4 标记： s p d f h 电子态S P D F H 原子态,(氢原子: ),碱金属原子的光谱项:,: 为量子数修正值或量子数亏损,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
3、子的能级:,n = 2, 3, 4,n =3,4,5,n =3,4,5,n =4,5,6,第二辅线系：,第一辅线系：,基线系：,主线系:,例题：求锂原子主线系第二条谱线波长,2,3,3,3,4,4,5,5,5,4,5,s =0,p =1,d =2,f =3,Na原子能级图,练习1：钠原子谱线计算公式,n = 3, 4,n =4,5,n =3,4,5,n =4,5,6,第二辅线系：,第一辅线系：,基线系：,主线系:,练习1：钠原子谱线计算公式,2,4,4,5,5,5,4,5,s =0,p =1,d =2,f =3,钾原子能级图,练习2：钾原子谱线计算公式,n = 4,5,n =5,6,n =4,
4、5,n =4,5,第二辅线系：,第一辅线系：,基线系：,主线系:,练习2：钾原子谱线计算公式,1. 原子实极化,电子远离原子实运动时，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。,4.2 原子实的极化和轨道贯穿,电子接近原子实运动时，原子实正负电中心会发生相对移动，形成偶极子。价电子除点电荷外还受到偶极子的吸引力而引起能量降低。,非贯穿轨道 贯穿轨道价电子的轨道运动,2.轨道贯穿,价电子在原子实外，原子实的作用Z*=1。价电子在原子实内(贯穿)，原子实的作用Z*=1。平均而言：Z* 1,光谱项：,4.3 碱金属原子光谱的精细结构,用高分辨光谱仪
5、观察发现，主线系和锐线系是双线结构，漫线系和基线系是三线结构。例如钠的黄色光谱线，是主线系的第一条线，由波长为5890和5896的两条分线构成。,实验事实,碱金属原子三个线系的精细结构示意图。间隔代表波数差。,特点： （1）主线系：精细成分的间隔随能级增高而减小，最后合二为一。 （2）第二辅线系：精细成分的间隔不变。 （3）第一辅线系三线结构，最外两条间隔不变，中间一条随能级增加逐渐右靠。,实验结果分析推论：,光谱线的任何分裂都是能级分裂的结果。,（1）s能级是单层的，p能级是双层的，d和f能级是双层的。 （2）双层能级较高的一级不向双层能级较低的一级跃迁。 （3) n一定，双层能级随 增加而
6、间隔减小。,以Li原子为例。,二辅系：2P-nS,主线系：2S-nP,一辅系：2P-nD,能级为什么会发生精细分裂呢？, 4.4 电子自旋与轨道运动的相互作用,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，1925年两位不到25岁的荷兰大学生乌楞贝克和古德斯米特提出了电子自旋假设。,按照这一假设，电子除轨道运动外还存在自旋运动。由碱金属能级的双层结构以及史特恩-盖拉赫实验可知电子自旋取向有两个。,“你们还年轻，有些荒唐没关系”（导师埃伦菲斯特）,电子自旋量子数和自旋磁量子数,电子自旋角动量的大小,电子总角动量,电子自旋角动量沿z轴投影,对于单电子s1/2,所以：,练习：求另外两个夹
7、角,电子自旋磁矩,（电子轨道运动磁矩： ）,2 自旋与轨道相互作用能,附加能量,在电子为静止的坐标系上，原子实（Z*e）绕电子旋转，产生磁场并与自旋磁矩作用。运动的电荷受磁场作用，同样运动的磁矩也受作用。,若自旋角动量取向不同，就会有不同的附加能量，这就是碱金属发生分裂的原因。,经较复杂的推导得：,：能级的精细结构,原子的总能量,由E=-hcT,当 时， 能级不分裂,3、碱金属原子能级的分裂,当 时， 能级不分裂,能级分裂为双层,间隔:,4、原子态符号,小写符号:如 2p电子，3S电子等,电子组态：原子核外电子的排布，如Na(Z=11)的基态电子组态,碱金属原子态符号：,价电子的主量子数,价电
8、子的轨道角动量，用大写 表示,电子的总角动量,2s+1为重数。对碱原子2s+1=2 S态虽然是单层（重）能级，重数仍表示为2,例1： 表示： 的原子态，重度：2,表示： 的原子态，重度：2,表示： 的原子态，重度：2,例2：电子态1s,相应n=1,=0 ,j=1/2,3/3,练习：电子态为5f，写出相应的原子态,作业：148页4,6,7题,Li原子能级图（考虑精细结构）,4.5 单电子辐射跃迁选择定则,例如,单电子辐射跃迁（吸收或发射光子）只能在下列条件下发生:,选择定则,课堂练习：Li原子被激发到4S态，再向低激发态跃迁时可能产生哪些谱线。（1）不考虑精细结构。（2）考虑精细结构。,4.6
9、氢原子光谱的精细结构,氢原子、类氢离子和碱金属的有效荷数,氢原子Z*=1,=0;类氢离子:Z*1,=0;碱金属:0,1、能量主要部分,2、相对论修正部分,3、电子自旋与轨道的相互作用能,修正后总能级,对于氢原子Z*=1,=0,氢原子总能级仅与n和j有关,氢原子光谱项,见P139图4.14,（1）莱曼线系：能级n1能级n=1,根据选择定则,有,该谱线精细结构的间隔,问题：莱曼线系第一条谱线精细结构的波长差是多少 ？,（2）巴尔末线系：能级n2能级n=2,例如巴尔末线系第一条谱线：n=3n=2,课堂练习：,谱线精细结构能级间隔之比是多少？,氢原子 线的能级精细结构及跃迁,七种跃迁，五条谱线,氢原子、类氢离子和碱金属的光谱项,讨论：氢原子、类氢离子和碱金属三者能级的区别,
