碱金属原子和电子自旋.pptVIP

实验发现基态H原子（T=7×104K,kT=9.0eV10.2eV）进入史特恩-盖拉赫装置后分裂为两束；如何解释这一矛盾呢？量子力学结论：H基态1s，l=0，m=0,μz=0，不受力，不会分裂。启示史特恩-盖拉赫实验中出现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？一、自旋的提出与理解第四节电子自旋**1925年，两位荷兰学生乌仑贝克与古兹米特根据史特恩-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。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。12小插曲**乌仑贝克和古兹米特曾将写好的论文寄给泡利，泡利回信表示反对。所以两人便想收回论文，但此时包括他们论文的期刊已印好，无法收回。于是两人的导师Ehrenfest安慰他们说，“你们还年轻，有点荒唐，不要紧。”但很快，泡利又回信赞同自旋的假设，于是两人才放下心来。UhlenbeckGoudsmitEhrenfest1、电子自旋假设**电子的自旋角动量及其分量s＝1/2称为自旋量子数电子除绕核的轨道运动外，还有某种方式的自旋，其自旋角动量和自旋磁矩（固有磁矩）是不变的。2、电子的自旋磁矩**自旋磁矩的大小是不变的，也称为电子的固有磁矩电子的自旋角动量与磁矩磁矩在磁场方向的投影3、电子自旋的理解**01040203电子自旋是一种量子效应，自旋不是电子的经典转动。它是电子的一种内禀属性，没有经典对应。我们谈及电子的自旋，是为了利用其自旋角动量和自旋磁矩来解释原子内部的能量特点，以及由此而表现出的光谱的特点。引入自旋这样一个物理量，才能说明光谱和能级的精细结构。它可以从相对论波动方程直接得出，为自旋提供了理论依据。**4、电子的运动=轨道运动+自旋运动电子自旋磁矩，在轨道运动的磁场作用下，按照力学应绕着磁场的方向旋进。轨道运动也可以说受着自旋磁场的作用，应绕着自旋旋进。实际上是自旋与轨道运动相互作用。Pl，Ps若不考虑自旋、轨道相互作用，他们都是守恒量，即其大小和z分量都有确定值。电子状态可用量子数l，s，ml和ms表示。由于自旋-轨道相互作用，使Pl和Ps的取向彼此相关，轨道角动量和自旋角动量都不再是守恒量。定义新的物理量：电子的总角动量（自旋对电子角动量的影响）01j：电子的总角动量量子数，j＝l±s=l±1/202Pj在z方向的投影为03按照量子力学角动量耦合理论，量子数j取值为04对于单电子s＝1/2，所以**j=3/2,θ90°j=1/2,θ90°三、自旋与轨道相互作用能（自旋对电子能量的影响）1、磁性物体在磁场中运动的附加能量2、自旋-轨道相互作用能电子的自旋运动和轨道运动之间通过磁相互作用。自旋-轨道作用是原子内部磁相互作用的简称。由于电子有自旋磁矩μs，在电子为静止的坐标系上，原子实＋Z*e绕电子旋转，并产生磁场B。电子由于轨道运动，将感受到与轨道角动量成正比的磁场，且B与Pl方向相同，相对论结果的磁场大小为上式的1/2。例：锂的电子态**nln=2 l=0 l=1 2s 2pn=3 l=0 l=1 l=2 3s 3p 3dn=4 l=0 l=1 l=2 l=3 4s 4p 4d 4f原子态（用大写字母）:SPDFGHIKnL表示原子态有没有2d,3f,4g?为什么?l=0,1,2,….,n-1三、碱金属原子的能级图**能级公式对于同一量子数n，l值越小，能级越低电子态原子态**01锂原子能级图02价电子价电子01得到如下能级图02依次类推电子态原子态03**010000200003000040000cm-1?670.7主线系1869.7610.3812.6一辅系二辅系柏格曼系2p23d33p3s4f4p44d5p5f5d5H?67锂原子能级图2s4s5s能量由n,l两个量子数决定。主量子数相同，角量子数不