价电子好象处在一个单位正电荷的库仑场中运动.PPT

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价电子好象处在一个单位正电荷的库仑场中运动

第四章 碱金属原子和电子自旋 [教学内容] §4.1 碱金属原子的光谱. §4.2 原子实的极化和轨道的贯穿. §4.3 碱金属原子光谱的精细结构. §4.4 电子自旋同轨道运动的相互作用. §4.5 单电子辐射跃迁的选择定则. [教学重点] 碱金属原子光谱;电子自旋;单电子角动量的合成 单电子跃迁选择定则 原子光谱的精细结构 [教学难点] 电子自旋与轨道运动的相互作用 碱金属原子光谱精细结构分析 §4.1 碱金属原子的光谱 一、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). 二、线系公式 H原子光谱: 当 时, ?系限. 3.光谱项 锂原子的四个线系,可用下列公式表示: 主线系: 第一辅线系: 第二辅线系: 柏格曼系: 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(形成电偶极子),使电子又受到电偶极子的电场的作用,能量降低,同一n值,?越小,极化越强。 2.轨道贯穿(电子云的弥散),对于那些偏心率很大的轨道, 接近原子实的那部分还可能穿入原子实发生轨道贯穿,这时Z*1,从而使能量降低。 3.光谱项为: 三、量子力学定量处理 * 1.有效量子数 H 原子:主量子数n 是整数 碱金属原子: 不是整数?有效量子数 2.量子数亏损 §4.2 原子实的极化和轨道贯穿 二、原子实极化、轨道贯穿 三、量子力学定量处理 相当于价电子在n 很大的轨道上运动,价电子与原子实间的作用很弱,原子实电荷对称分布,正负电荷中心重合在一起。有效电荷为+e,价电子好象处在一个单位正电荷的库仑场中运动,与氢原子模型完全相似,所以光谱和能级与氢原子相同。 价电子远离原子实运动 -e 价电子远离原子实 二、原子实极化、轨道贯穿 改写后: 所以 n*n a 非贯穿轨道 b 贯穿轨道 价电子的轨道运动 远离原子实运动 靠近原子实运动 能量和光谱项 与氢原子的差别 (1)能量由(n, ?)两个量子数决定,主量子数相同,角量子数不同的能级不相同。各能级均低于氢原子相应能级。 (2)对同一n值,不同?值的能级,?值较大的能级与氢原子的差别较小;对同一?值,不同n值的能级,n值较大的能级与氢原子的差别较小。 (3)n很大时,能级与氢的很接近,少数光谱线的波数几乎与氢的相同。 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 ,它们是电子本质所固有的,又称固有矩和固有磁矩。 自旋角动量: 外场方向投影: 共2个, 自旋磁矩: ,( ) §4.3 碱金属原子的精细结构 外场方向投影: 共两个?偶数,与实验结果相符。 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。 原子的磁矩= 电子轨道运动的磁矩+电子自旋运动磁矩+核磁矩。 个值 电子的运动=轨道运动+自旋运动 二、电子的总角动量 轨道角动量: 自旋角动量: 总角动量: , ,…… 当 时,共 个值 当 时,共 时, 例如:当 由于 当 时, ,一个值。 当 时, ,两个值。 和 不是平行或反平行,而是有一定的夹角 时 当 时 , 称 和 “平行” 当 ,称 和 “反平行” s l j + = 三、自旋—轨道相互作用能 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: 电子由于轨道运动而具有磁场: 考虑相对论效应后,再乘以因子 做修正 是一个变量,用平均值代替: 其中: 代入整理得: 原子的总能量: 时, 时, 当 三、碱金属原子能级的分裂 ,能级分裂为双层 当 双层能级的间隔: 讨论: 1.能级由 三个量子数决定, 当 时, ,能级不分裂; 当

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