《原子物理学》(褚圣麟)第四章碱金属原子和电子自旋范本.ppt

§4.1 碱金属原子光谱 等式右边的第一项是固定项，它决定线系限及末态。第二项是动项，它决定初态。 实验上测量出 和 则可求出 由 和 我们可以求得 。 有效量子数 它不一定是整数，它通常比 略小或相等，它和 的差值称为： 也是由于存在内层电子， n相同时能量对l的简并消除。谱项需用两个量子数 n ， l来描述。 我们用 ?s , ?p , ?d , ? f分别表示电子所处 状态的轨道角动量量子数l = 0 , 1 , 2, 3时的量子数亏损。 3、锂的四个线系 主 线 系： 第二辅线系： 第一辅线系： 柏格曼系： 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 一、原子实模型 一、原子实模型 内层电子 与原子核结合的较紧密，而价电子与核结合的很松，可以把内层电子和原子核看作一个整体称为原子实。价电子绕原子实运动，原子的化学性质及光谱都决定于这个价电子。 锂原子的价电子的轨道：n* ≥ 2 钠原子的价电子的轨道：n* ≥ 3 原子实的有效电荷数 ：Z*=Z-（Z-1）=1 1、原子实极化 2、轨道贯穿 二、定性解释 4.4 电子自旋与轨道运动的相互作用 四、碱金属原子态符号 二、电子自旋 三、总角动量 五、电子自旋与轨道运动的相互作用 四、碱金属原子态符号 六、碱金属原子光谱精细结构 一、原子“轨道”磁矩的量子表示 一、原子“轨道”磁矩的量子表示 轨道磁量子数 角量子数 主量子数 轨道角动量沿外磁场方向分量 轨道角动量 量子力学 玻尔理论 轨道磁矩在外磁场的分量 轨道磁矩 量子力学 玻尔理论 二、电子自旋 史特恩-盖拉赫实验中出现偶数分裂的事实启示人们，电子的轨道运动似乎不是全部的运动。换句话说，轨道磁矩应该只是原子总磁矩的一部分，那另一部分的运动是什么呢？相应的磁矩又是什么呢？ 1925年，两位荷兰学生乌仑贝克（G.E.Uhlenbeck）与古兹史密特（S.Goudsmi）根据史特恩-盖拉赫实验、碱金属光谱的精细结构等许多实验事实，提出电子不仅有轨道运动，还有自旋运动，它具有固有的自旋角动量S。引入了自旋假设以后，人们成功地解释了碱金属的精细结构，塞曼效应以及史特恩-盖拉赫实验等。 电子自旋运动的量子化角动量为 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 ，它们是电子本质所固有的，又称固有矩或固有磁矩。 自旋角动量s伴随的自旋磁矩 其中， 为玻尔磁子 电子自旋的旋磁比为 是轨道运动的旋磁比的2倍。 现一个电子有二种磁矩 磁矩与角动量的关系式 类似地引入轨道gl＝1因子，轨道磁矩为 如果引入gs＝2因子，上式可改为 对于任意角动量量子数j所对应的磁矩及其在Z方向的投影均可表为 即称为朗德（Lande） g因子，它是反映微观粒子内部运动的一个重要物理量。 任意二个角动量相加 其总角动量为： 现有二个角动量： 按照量子力学，总角动量大小为 它在z方向的投影为 三、 总角动量 其角动量量子数分别为j1,j2 例，一个电子总角动量的角量子数j, 多个角动量相加，由二二相加得到。 守恒， 和 绕 旋进，二者夹角不变。 矢量图 4.4 电子自旋同轨道运动的相互作用 2 j=?+1/2 j=?-1/2 0,1, 2, 3, 4, 5,? S,P, D, F, G? 2s+1 L  j  n 价电子的状态符号 原子态符号 n l j 0 0 0 1 1 1 2 2 3