结构化学课件：原子光谱.ppt

**2.6原子光谱2.6.1原子光谱和光谱项原子从激发态跃迁回基态或在某些激发态之间跃迁而发射的光谱，称为原子发射光谱。原子吸收一定波长的光而跃迁，称为原子吸收光谱。光谱实验：谱线由原子在两个态间跃迁产生，谱线对应光波的能量就是能级间的能量差。2.6.2电子的状态和原子的能态可以用组态(n,l)或微观态(n,l,m,ms)近似表示原子的能量本征态，但不准确，而用光谱项和光谱支项就可比较准确地表示原子的能量本征态。()相对论效应，量子场论效应完整的多电子原子的能量算符：这样的薛定谔方程无法精确求解，只能用近似方法逐步得到越来越精确的解。在零级近似基础上，加上中心力场校正项，以包含所有的静电作用，即薛定谔方程的一级近似，求解得到的能量值与实验误差不大，这就是光谱项的由来。首先，求解中心力场近似下的薛定谔方程(零级近似)得组态，得到的近似的能量本征值与光谱实验数据差距较大，无法用它与光谱实验直接联系起来。在光谱支项基础上，加上真空电磁涨落，得到Lamb位移再加上核自旋的影响，得到超精细能级了解一下：量子场论效应的影响在一级近似基础上，加上旋轨作用，得到精细能级，这就是光谱支项的由来。考虑了电子自旋与轨道运动的相互作用考虑了真空电磁涨落：Lamb位移考虑了核自旋的影响：超精细结构了解一下：无外磁场时的氢原子n=2的超精细能级2P3/22S1/2,2P1/22S1/22P1/2静电作用：氢原子的薛定谔方程解n=2,l=0,1(2s,2p轨道)解读光谱实验数据最重要的物理量——角动量1运动电荷产生磁场，环形电流产生磁矩，电子的轨道运动和自旋都会产生磁矩，磁矩大小和方向由角动量确定。2磁矩间有相互作用，也与外部磁场有相互作用，因此，所有的轨道运动和自旋会相互影响，也会受外加磁场影响，影响的结果由角动量体现。正是由于磁矩的影响，使能级发生分裂。找出与能量对易的各种角动量，当原子处于能量本征态时，这些角动量也有确定值，这样就可以用这些角动量来表示原子的状态！表征多电子原子状态的三种角动量和六个量子数轨道角动量的和：总轨道角动量总轨道角量子数L总轨道磁量子数mL自旋角动量的和：总自旋角动量总自旋量子数S总自旋磁量子数mS轨道和自旋角动量的和：总角动量总角量子数J总磁量子数mJ目的：表示出原子的状态并应用于光谱实验中单电子的上述各量子数用l,m,s,ms,j,mj表示角动量的普遍性质：轨道角动量的角量子数只能取非负整数。1只能准确知道其绝对大小（由角量子数决定）和一个方向的分量（由磁量子数决定），另外两个方向的分量不能与前一个分量同时确定。2角量子数（不妨记为J）只能取非负整数或半整数，角动量的绝对大小为。3z轴分量只能取如下这样的数值：如果某个量是角动量，那么多个角动量的和是矢量和，如果各角动量间互相独立，那么它们的和仍然是角动量，满足角动量的普遍性质，比如，我们只能确定总角动量的大小及其一个方向的分量。例：求两个角量子数都为1的角动量的和。角动量的和：解：由角动量的性质可知，z轴方向的分量可以直接加或减，所以两者的和在z轴方向的分量可以确定，分量大小必为0，±?，±2?中的一个。又由z轴方向分量的最大值不能超过角量子数，所以两者和的角量子数必定可以为2。求多个角动量和的一般规则:如果有2个互相独立的角动量，角量子数分别为l1和l2，那么总角动量的角量子数可以取：对应于每一个J，总角动量的磁量子数可以取：如果还有第3个角动量，那么先将前两个角动量和的角量子数算出，再用上述办法算它和第三个角动量的和，余类推。角动量求和规则必须掌握！例：由以上规则，前面的例题很容易就得到解决。例：求三个角量子数都为1的角动量的和。解：先根据两个角动量的求和规则求两个的和：结果显示两个角动量的和产生三种不同大小的角动量，然后将它们分别和第三个角动量按照两个角动量求和规则求和：例：求氮原子2p轨道三个电子最大的总轨道角动量。解：求出最大的L，按求和一般规则错！如果L=3，那么最大总轨道磁量子数是3，这要求m1=m2=m3=1，电子的四个量子数中，主量子数都是2，角量子数都是1，磁量子数也都是1，而自旋磁量子数又只能取±1/2，必定有两个电子的四个量子数完全相同，违背泡利不相容原理。角动量求和的一般规则不是处处都适用的，对于电子、质子等自旋量子