堿金屬原子光譜PPT課件

1、4.1 4.1 堿金屬原子的光譜堿金屬原子的光譜 一、堿金屬原子的光譜一、堿金屬原子的光譜 各個(gè)堿金屬原子的光譜具有相似的結(jié)構(gòu)，光譜線也類似于氫原各個(gè)堿金屬原子的光譜具有相似的結(jié)構(gòu)，光譜線也類似于氫原子光譜，可分成幾個(gè)線系，一般觀察到的有四個(gè)線系，分別稱子光譜，可分成幾個(gè)線系，一般觀察到的有四個(gè)線系，分別稱為主線系、第一輔線系為主線系、第一輔線系( (或稱漫線系、第二輔線系或稱漫線系、第二輔線系( (或稱銳線系或稱銳線系) )和柏格曼系和柏格曼系( (基線系基線系) ) 第1頁(yè)/共31頁(yè)第2頁(yè)/共31頁(yè)二、線系公式二、線系公式 H H原子光譜：原子光譜： 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 系限系限)11()()

2、(22nmRnTmTn2)(mRmT)*1*1(22*nmRTTnm*n*m1 1有效量子數(shù)有效量子數(shù)H H 原子：主量子數(shù)原子：主量子數(shù)n n 是整數(shù)是整數(shù)堿金屬原子：堿金屬原子：不是整數(shù)不是整數(shù)有效量子數(shù)有效量子數(shù)2 2量子數(shù)虧損量子數(shù)虧損*nnl第3頁(yè)/共31頁(yè)3 3光譜項(xiàng)光譜項(xiàng)第4頁(yè)/共31頁(yè)鋰原子的四個(gè)線系，可用下列公式表示：鋰原子的四個(gè)線系，可用下列公式表示： 主線系： 第一輔線系： 第二輔線系： 柏格曼系： ndpdnRpR2)()2(22nspsnRpR2)()2(22nfdfnRdR3)()3(22npspnRsR2)()2(22第5頁(yè)/共31頁(yè)第6頁(yè)/共31頁(yè)4.2 原子實(shí)

3、的極化和軌道貫穿原子實(shí)的極化和軌道貫穿一、原子實(shí)模型一、原子實(shí)模型二、二、原子實(shí)極化、原子實(shí)極化、軌道貫穿軌道貫穿三、量子力學(xué)定量處理三、量子力學(xué)定量處理第7頁(yè)/共31頁(yè)一、原子實(shí)模型一、原子實(shí)模型 內(nèi)層電子內(nèi)層電子 與原子核結(jié)合的較緊密，而價(jià)電與原子核結(jié)合的較緊密，而價(jià)電子與核結(jié)合的很松，可以把內(nèi)層電子和原子子與核結(jié)合的很松，可以把內(nèi)層電子和原子核看作一個(gè)整體稱為原子實(shí)。價(jià)電子繞原子核看作一個(gè)整體稱為原子實(shí)。價(jià)電子繞原子實(shí)運(yùn)動(dòng)，原子的化學(xué)性質(zhì)及光譜都決定于這實(shí)運(yùn)動(dòng)，原子的化學(xué)性質(zhì)及光譜都決定于這個(gè)價(jià)電子。個(gè)價(jià)電子。 鋰原子的價(jià)電子的軌道：鋰原子的價(jià)電子的軌道：n n* * 2 2 鈉原子鈉原

4、子的價(jià)電子的軌道：的價(jià)電子的軌道：n n* * 3 3 原子實(shí)的有效電荷數(shù)原子實(shí)的有效電荷數(shù) ：Z Z* *=Z-=Z-（Z-1Z-1）=1=1第8頁(yè)/共31頁(yè) 相當(dāng)于價(jià)電子在相當(dāng)于價(jià)電子在n n 很大的軌道上運(yùn)動(dòng)，很大的軌道上運(yùn)動(dòng)，價(jià)電子與原子實(shí)間的作用很弱，原子實(shí)電價(jià)電子與原子實(shí)間的作用很弱，原子實(shí)電荷對(duì)稱分布，正負(fù)電荷中心重合在一起。荷對(duì)稱分布，正負(fù)電荷中心重合在一起。有效電荷為有效電荷為+e+e，價(jià)電子好象處在一個(gè)單位，價(jià)電子好象處在一個(gè)單位正電荷的庫(kù)侖場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，與氫原子模型完正電荷的庫(kù)侖場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，與氫原子模型完全相似，所以光譜和能級(jí)與氫原子相同。全相似，所以光譜和能級(jí)與氫原子相同。價(jià)

5、電子遠(yuǎn)離原子實(shí)運(yùn)動(dòng)價(jià)電子遠(yuǎn)離原子實(shí)運(yùn)動(dòng)第9頁(yè)/共31頁(yè)-e價(jià)電子遠(yuǎn)離原子實(shí)價(jià)電子遠(yuǎn)離原子實(shí)第10頁(yè)/共31頁(yè) 1.1.原子實(shí)極化（形成電偶極子），使電子又受到原子實(shí)極化（形成電偶極子），使電子又受到電偶極子的電場(chǎng)的作用，能量降低，同一電偶極子的電場(chǎng)的作用，能量降低，同一n n值，值， 越越小，極化越強(qiáng)。小，極化越強(qiáng)。 2.2.軌道貫穿（電子云的彌散），對(duì)于那些偏心率軌道貫穿（電子云的彌散），對(duì)于那些偏心率很大的軌道，很大的軌道， 接近原子實(shí)的那部分還可能穿入接近原子實(shí)的那部分還可能穿入原子實(shí)發(fā)生軌道貫穿，這時(shí)原子實(shí)發(fā)生軌道貫穿，這時(shí)Z Z* *1,1,從而使能量降從而使能量降低。低。 3 3.

6、 .光譜項(xiàng)為：光譜項(xiàng)為：二、二、原子實(shí)極化、原子實(shí)極化、軌道貫穿軌道貫穿22)(nRZnRT22nRZT第11頁(yè)/共31頁(yè)a 非貫穿軌道非貫穿軌道 b 貫穿軌道貫穿軌道 價(jià)電子的軌道運(yùn)動(dòng)價(jià)電子的軌道運(yùn)動(dòng)第12頁(yè)/共31頁(yè)第13頁(yè)/共31頁(yè)三、量子力學(xué)定量處理三、量子力學(xué)定量處理reZV(r)*0242002*44)(repreZrV2)(nR)T(n,2)(nhcREn)12(4220ep遠(yuǎn)離原子實(shí)運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)離原子實(shí)運(yùn)動(dòng)靠近原子實(shí)運(yùn)動(dòng)靠近原子實(shí)運(yùn)動(dòng)能量和光譜項(xiàng)能量和光譜項(xiàng)第14頁(yè)/共31頁(yè)與氫原子的差別與氫原子的差別（1 1）能量由（）能量由（n,n, ）兩個(gè)量子數(shù)決定，主量子數(shù)）兩個(gè)量子數(shù)決定，

7、主量子數(shù)相同，角量子數(shù)不同的能級(jí)不相同。各能級(jí)均低相同，角量子數(shù)不同的能級(jí)不相同。各能級(jí)均低于氫原子相應(yīng)能級(jí)。于氫原子相應(yīng)能級(jí)。（2 2）對(duì)同一）對(duì)同一n n值，值，不同不同 值值的能級(jí)，的能級(jí)， 值值較大的能級(jí)較大的能級(jí)與氫原子的差別較?。粚?duì)同一與氫原子的差別較??；對(duì)同一 值，值，不同不同n n值值的能級(jí)，的能級(jí)，n n值值較大的能級(jí)與氫原子的差別較小。較大的能級(jí)與氫原子的差別較小。（3 3）n n很大時(shí)，能級(jí)與氫的很接近，少數(shù)光譜線很大時(shí)，能級(jí)與氫的很接近，少數(shù)光譜線的波數(shù)幾乎與氫的相同。的波數(shù)幾乎與氫的相同。第15頁(yè)/共31頁(yè)第16頁(yè)/共31頁(yè)一、一、 電子自旋角動(dòng)量和自旋磁矩電子自旋角

8、動(dòng)量和自旋磁矩sS 每個(gè)電子都具有自旋的特性，由于自旋而具有自每個(gè)電子都具有自旋的特性，由于自旋而具有自旋角動(dòng)量旋角動(dòng)量 和自旋磁矩和自旋磁矩 ，它們是電子本質(zhì)所它們是電子本質(zhì)所固有的，又稱固有矩和固有磁矩。固有的，又稱固有矩和固有磁矩。 2) 1(hssS21s自旋角動(dòng)量：自旋角動(dòng)量：2hmSsz21sm外場(chǎng)方向投影：外場(chǎng)方向投影： 共2個(gè)，自旋磁矩：自旋磁矩：SmesLmel2 ，()BshssmeSme32) 1(4.3 4.3 堿金屬原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)堿金屬原子的精細(xì)結(jié)構(gòu) 第17頁(yè)/共31頁(yè)外場(chǎng)方向投影：外場(chǎng)方向投影：BzzSme共兩個(gè)共兩個(gè)偶偶數(shù)數(shù),與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。192

9、8年，年，Dirac從量子從量子力學(xué)的基本方程出發(fā)，力學(xué)的基本方程出發(fā)，很自然地導(dǎo)出了電子很自然地導(dǎo)出了電子自旋的性質(zhì)，為這個(gè)自旋的性質(zhì)，為這個(gè)假設(shè)提供了理論依據(jù)。假設(shè)提供了理論依據(jù)。 原子的磁矩原子的磁矩=電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩+電子自旋運(yùn)動(dòng)磁矩電子自旋運(yùn)動(dòng)磁矩+核磁矩。核磁矩。第18頁(yè)/共31頁(yè) 個(gè)值個(gè)值電子的運(yùn)動(dòng)電子的運(yùn)動(dòng)= =軌道運(yùn)動(dòng)軌道運(yùn)動(dòng)+ +自旋運(yùn)動(dòng)自旋運(yùn)動(dòng) 二、電子的總角動(dòng)量二、電子的總角動(dòng)量 2) 1(hllL12 , 1 , 0nl軌道角動(dòng)量：軌道角動(dòng)量：2) 1(hssS21s自旋角動(dòng)量：自旋角動(dòng)量：SLJ2) 1(hjjJ總角動(dòng)量：總角動(dòng)量： sl 1 s

10、lslj ， ，12 lsl 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，共時(shí)，共 個(gè)值個(gè)值sl 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，共時(shí)，共12 s第19頁(yè)/共31頁(yè) 時(shí)，1l例如：當(dāng)由于 21s21 sj0l當(dāng) 時(shí)， ，一個(gè)值。3 , 2 , 1l當(dāng)時(shí)，21 lj ，兩個(gè)值。23211j21211j222) 1(hhllL2232) 1(hhssS223,22152)1(hhhjjJLS和不是平行或反平行，而是有一定的夾角 cos2222LSSLJ) 1() 1(2) 1() 1() 1(2cos222ssllsslljjLSSLJ第20頁(yè)/共31頁(yè) 時(shí)當(dāng) 時(shí)S0) 1() 1(cosssslllo90L ， 稱 和 “平行”SL當(dāng)slj0) 1(

11、) 1(1cosssslllo90 ，稱 和 “反平行”slj第21頁(yè)/共31頁(yè)三、自旋三、自旋軌道相互作用能軌道相互作用能 電子由于自旋運(yùn)動(dòng)而具有自旋磁矩：Smes具有磁矩的物體在外磁場(chǎng)中具有磁能：cos,BBEsssl電子由于軌道運(yùn)動(dòng)而具有磁場(chǎng)： 第22頁(yè)/共31頁(yè)3*03*0304)(44rLmeZrmrmeZrrqBLmreZSmeBEssl3*0,4LSrmeZ322*04考慮相對(duì)論效應(yīng)后，再乘以因子21 做修正slE,LSrmeZ322*082)2)(1() 1() 1(21coshsslljjLSLS2001cslE,3222*01441rcmeZ2)2)(1() 1() 1(h

12、sslljj第23頁(yè)/共31頁(yè)r 是一個(gè)變量，用平均值代替：) 1)(21()1(3312*3lllnaZr2220144meha 其中：代入整理得：2) 1() 1() 1() 1)(21(34*2,sslljjlllnZRhcEsl原子的總能量：sllnEEE,2,)(llnnRhcE第24頁(yè)/共31頁(yè) 時(shí)， 時(shí)，21 lj)21(234*2,llnZRhcEsl當(dāng)三、堿金屬原子能級(jí)的分裂三、堿金屬原子能級(jí)的分裂21 lj ，能級(jí)分裂為雙層21 lj) 1)(21(234*2,llnZRhcEsl當(dāng)) 1(234*2llnZRhcE0l雙層能級(jí)的間隔：第25頁(yè)/共31頁(yè)討論：討論：njl1

13、能級(jí)由 三個(gè)量子數(shù)決定，0lsj 當(dāng) 時(shí)， ，能級(jí)不分裂；0l21 lj當(dāng) 時(shí)， ， 能級(jí)分裂為雙層。nl2能級(jí)分裂的間隔由 決定nlE當(dāng) 一定時(shí)， 大， 小，即fdpEEE444lnE當(dāng) 一定時(shí)， 大， 小，即pppEEE432) 1(234*2llnZRhcE第26頁(yè)/共31頁(yè) 值較大的能級(jí)較高。3雙層能級(jí)中，j4堿金屬原子態(tài)符號(hào)： 3n0l21j2/123 S如 1l23j2/323 P21j2/123 P2l25j2/523 D23j2/323 D5單電子輻射躍遷的選擇定則1l1, 0 jjsLn12 第27頁(yè)/共31頁(yè)四、對(duì)堿金屬光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)的解釋四、對(duì)堿金屬光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)的解釋 22/122/12SPn 22/122/32SPn1 1主線系：主線系：nps 21l1, 0 j第28頁(yè)/共31頁(yè) 32/522/72DFn