碱金属原子的光谱.ppt

1,4.3 碱金属原子光谱的精细结构,一、碱金属光谱的精细结构,每一条谱线由二条或三条线组成。,2,二、定性解释 假设：,p、d、f能级均为双重结构，只有s能级是单层的。,若l一定，双重能级的间距随主量子数n的增加而减少,若n一定，双重能级的间距随角量子数l的增加而减少。,能级之间的跃迁遵守一定的选择定则,主线系 锐线系 漫线系,3,碱金属光谱的精细结构实验事实,用高分辨光谱仪作实验发现，主线系和锐线系都是双线结构，漫线系和基线系都是三线结构。例如钠的黄色光谱线，就是它的主线系的第一条线，是由波长为5890和5896的两条分线构成。光谱线的任何分裂都是能级分裂的结果，那么,能级为什么会发生精细分裂呢？,原子中电子和原子核的库仑作用导致了原子内部的粗线条结构。由于带电粒子的运动，它们之间还存在磁相互作用，磁相互作用给出原子的精细结构。量子力学的处理就是将磁场作用能引入薛定谔方程中进行求解。史特恩盖拉赫实验和碱金属双线结构是磁相互作用的表现。这两个实验使人们认识到电子的自旋运动。,4,4.4 电子自旋同轨道运动的相互作用,一、电子自旋角动量和自旋磁矩,每个电子都具有自旋的特性，由于自旋而具有自旋角动量和自旋磁矩，它们是电子本身所固有的，又称固有矩和固有磁矩。,自旋量子数,1925年，乌楞贝克和古德史密特提出了电子自旋的假设：,电子自旋角动量：,在空间任何方向上的投影只能取两个数值,5,自旋磁矩在空间任意方向上的投影只能取两个数值：,自旋磁量子数,自旋磁矩：,电子自旋有两个取向，一个顺磁场，一个反磁场,电子的自旋运动绝不是机械的自转，它是相对论效应。,6,轨道磁矩：,在外场方向投影：,轨道角动量：,轨道角量子数：,1928年，Dirac从量子力学的基本方程出发，很自然地导出了电子自旋的性质，为这个假设提供了理论依据。,轨道磁量子数,7,二、电子的总角动量,电子的运动=轨道运动+自旋运动,总角动量：,由于,一个值,两个值,电子的轨道角动量和自旋角动量合成一个总角动量,电子总角动量量子数,8,例：,9,1电子轨道运动的磁场,带电原子实的运动在电子所在处产生磁场：,三、自旋轨道相互作用能,由于电子有自旋磁矩s，在电子为静止的坐标系上，原子实 绕电子旋转，并产生磁场B。,11,电子由于自旋运动而具有自旋磁矩：,具有磁矩的物体在外磁场中具有磁能：,2.自旋轨道相互作用能,考虑相对论效应后，再乘以因子:,12,r是一个变量，用平均值代替：,13,原子的总能量：,（静电相互作用）,14,四、碱金属原子能级的分裂,高于原能级,低于原能级,双层能级的间隔：,讨论：,1能级由n、l、j三个量子数决定：,能级不分裂,能级分裂为双层,2能级分裂的间隔由n、l决定：,n 一定时，,l大，,l 一定时，,n大，,3双层能级中，j 值较大的能级较高。,16,原子态：原子实的角动量为零，价电子的角动量就等于原子的角动量，价电子的量子数就可以用来描述整个原子，称为原子态。形式为：,电子态：nl,4碱金属原子态符号：,如n=3,l=2 则电子态为 3d,单电子辐射跃迁的选择定则（电偶极 跃迁定则）,4.5 单电子辐射跃迁的选择定则,主量子数,轨道量子数（角动量量子数）,自旋量子数,总角动量量子数,不限定,禁戒跃迁（）,18,碱金属光谱精细结构,19,