碱金属原子光谱的精细结构.ppt

21 碱金属原子光谱的精细结构 2.3 碱金属原子态符号 碱金属原子态符号 碱金属原子的光谱 各个碱金属原子的光谱具有相似的结构，光谱线也类似于氢原子光谱，可分成几个线系，一般观察到的有四个线系，分别称为主线系、第一辅线系(或称漫线系)、第二辅线系(或称锐线系)和柏格曼系(基线系)。 注意： 这里，Rydberg公式完全是一个经验公式，RH 的值是通过实验测量而得到的。本节的主要目标是从理论上获得对这个公式的深刻理解，并给出RH的理论计算表示。 下面的论述将告诉我们，波尔理论正是建立在物理学三个方面的进展的基础上的，这三个方面是（1）光谱的实验资料和经验规律；（2）以实验为基础的原子的核式结构模型；（3）从黑体辐射事实发展出来的量子论。 对碱金属原子的光谱，如果用分辨率足够高的仪器进行观察会发现，每条谱线不是简单的一条线，而是由二条或三条线组成，这称作光谱线的精细结构。 竖直线代表光谱线的精细成分，这些竖直线的高低代表谱线的强度。 主线系每条谱线中的两个成分的间隔随着波数 的增加而逐渐减小，最后并入一个线系限； 第二辅线系的各线的成分具有相同的间隔； 第一辅线系的每条线由三条线构成，但最外两条的间隔同第二辅线系各条线中二成分的间隔相同，而右侧相邻的两条线的间隔随着波数的增加而逐渐减小。 能级分裂说明应该有附加能量，本节讨论这附加能量的起源及其计算 环形电流的磁场 尽管自旋本身是费解的，但是它所产生的许多效应则毫无费解之处。 最重要的一点大概应该算是：自旋使“不相容原理”在多电子原子中所容许各量子态接纳的电子数增加了一倍。 如前所述，从电子的角度来考虑原子核的运动在电子处产生一个磁场。 为了把论证变成定量的，我们要注意到，以速度v运动的带电原子核构成了一个电流元j，这里 j = ? Zev. 按照安培定律，这个电流元产生了一个磁场B，在电子所在位置上，B 等于 如前所述，从电子的角度来考虑原子核的运动在电子处产生一个磁场。为了把论证变成定量的，我们要注意到，以速度v运动的带电原子核构成了一个电流元j，这里j = -Zev. 按照安培定律，这个电流元产生了一个磁场B，在电子所在位置上，B等于(如幻灯片中所示)。 Z: 代表原子实的有效电荷数 Z: 代表原子实的有效电荷数 Z: 代表原子实的有效电荷数 锂原子能级图 * * Rydberg公式 知识回顾 氢原子光谱：里德伯公式 赖曼系 Balmer系 帕邢系 布喇开系 普丰德系 角动量 磁 矩 ? - 预备知识 —— 角动量的耦合 例如： 由于 本节内容 碱金属谱线的精细结构 ——定性考虑 2. 自旋-轨道相互作用 —— 精细结构的定量考虑 1. 碱金属谱线的精细结构 ——定性考虑 主线系: np ? 2s 第一辅线系: nd ? 2p 第二辅线系: ns ? 2p 伯格曼线系: nf ? 3d Li 原子光谱的精细结构精细结构 间隔逐渐缩小 间隔不变 ns?2p 因而设想 s: 单层 p: 双层 因而设想 s: 单层 p: 双层 且双层间隔随n 增加而减小 np?2s 因而设想 p、d、f: 皆为双层, 且双层间隔随n 增加而减小 nd?2p 2. 自旋-轨道相互作用 —— 精细结构的定量考虑 碱金属原子能级： s: 单层 p、d、f : 双层 ? 2.1 自旋与能级分裂 2.2 自旋与轨道运动相互作用能量的计算 给定n, l, s = ?, 代入上式 于是, 当 l = 1, 2, 3, … 得出双层能级. 对于l = 0, j = ?? 应舍去, 因为这将使 为虚数, 故而 s 能级是单层的.