《原子物理學(xué)第四章堿金屬原子課件.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《原子物理學(xué)第四章堿金屬原子課件.ppt（75頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、4.1 堿金屬原子光譜堿金屬原子光譜引入引入引入引入:堿金屬光譜堿金屬光譜堿金屬光譜堿金屬光譜能級(jí)能級(jí)能級(jí)能級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)中心中心中心中心:堿金屬原子光譜規(guī)律堿金屬原子光譜規(guī)律堿金屬原子光譜規(guī)律堿金屬原子光譜規(guī)律:四系四系四系四系;三端三端三端三端;兩數(shù)兩數(shù)兩數(shù)兩數(shù);一定則一定則一定則一定則.一一一一.堿金屬原子光譜堿金屬原子光譜堿金屬原子光譜堿金屬原子光譜-結(jié)構(gòu)相近結(jié)構(gòu)相近結(jié)構(gòu)相近結(jié)構(gòu)相近,明顯分線系明顯分線系明顯分線系明顯分線系主線系主線系主線系主線系(Principle series)(Principle series)：紅光紅光紅光紅光,紫外紫外紫外紫外E3.0,E3.0,E1.6

2、第一輔線系第一輔線系第一輔線系第一輔線系(Diffuse series)(Diffuse series)：可見光：可見光：可見光：可見光,由輪廓彌散的譜由輪廓彌散的譜由輪廓彌散的譜由輪廓彌散的譜線組成線組成線組成線組成.(.(漫線系漫線系漫線系漫線系)第二輔線系第二輔線系第二輔線系第二輔線系(Sharp series)(Sharp series)：紅外：紅外：紅外：紅外,可見光可見光可見光可見光,由輪廓細(xì)銳的由輪廓細(xì)銳的由輪廓細(xì)銳的由輪廓細(xì)銳的譜線組成譜線組成譜線組成譜線組成.(.(銳線系銳線系銳線系銳線系)基線系基線系基線系基線系(Bergmann series)(Bergmann seri

3、es)：紅外紅外紅外紅外,與氫線系類似與氫線系類似與氫線系類似與氫線系類似,E1.6E1,Z*1,從而使能量降低。從而使能量降低。v3 3.光譜項(xiàng)為：光譜項(xiàng)為：二、原子實(shí)極化、二、原子實(shí)極化、軌道貫穿軌道貫穿改寫后：改寫后：改寫后：改寫后：所以所以所以所以 n*nn*na 非貫穿軌道非貫穿軌道 b 貫穿軌道貫穿軌道 價(jià)電子的軌道運(yùn)動(dòng)價(jià)電子的軌道運(yùn)動(dòng)三、量子力學(xué)定量處理三、量子力學(xué)定量處理遠(yuǎn)離原子實(shí)運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)離原子實(shí)運(yùn)動(dòng)靠近原子實(shí)運(yùn)動(dòng)靠近原子實(shí)運(yùn)動(dòng)能量和光譜項(xiàng)能量和光譜項(xiàng)與氫原子的差別與氫原子的差別（1 1）能量由（）能量由（n,n,）兩個(gè)量子數(shù)決定，主量子數(shù)）兩個(gè)量子數(shù)決定，主量子數(shù)相同，角量子數(shù)

4、不同的能級(jí)不相同。各能級(jí)均低相同，角量子數(shù)不同的能級(jí)不相同。各能級(jí)均低于氫原子相應(yīng)能級(jí)。于氫原子相應(yīng)能級(jí)。（2 2）對(duì)同一）對(duì)同一n n值，值，不同不同 值值的能級(jí)，的能級(jí)，值值較大的能級(jí)較大的能級(jí)與氫原子的差別較?。粚?duì)同一與氫原子的差別較?。粚?duì)同一 值，值，不同不同n n值值的能級(jí)，的能級(jí)，n n值值較大的能級(jí)與氫原子的差別較小。較大的能級(jí)與氫原子的差別較小。（3 3）n n很大時(shí)，能級(jí)與氫的很接近，少數(shù)光譜線很大時(shí)，能級(jí)與氫的很接近，少數(shù)光譜線的波數(shù)幾乎與氫的相同。的波數(shù)幾乎與氫的相同。4.3 堿金屬原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)堿金屬原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)1.引入引入:用高分辨率的儀器觀察譜線用高分辨率

5、的儀器觀察譜線,發(fā)現(xiàn)一條發(fā)現(xiàn)一條二二/三條三條2.本節(jié)中心本節(jié)中心:譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)分裂能級(jí)分裂主線主線系系:二二輔輔一一輔輔線系線系限限第第4條條第第3條條第第2條條第第1條條增加增加一一.實(shí)驗(yàn)事實(shí)實(shí)驗(yàn)事實(shí)主線主線系系:二二輔輔一一輔輔線系線系限限第第4條條第第3條條第第2條條第第1條條主線系主線系:二輔二輔:增加增加一輔一輔:二二.推理解釋推理解釋Li原子原子s pd f4s4p4d4f4323s3p3d2s2pLi基態(tài)基態(tài)s pd f4s4p4d4f4323s3p3d2s2pLi基態(tài)基態(tài)主線系主線系:二輔二輔:n 增加增加,E下降下降dp一輔一輔:左右兩成分間隔取決于左右兩成

6、分間隔取決于P能級(jí)雙層能級(jí)雙層,與二輔線同與二輔線同.右邊兩成分取決于右邊兩成分取決于d能級(jí)雙層能級(jí)雙層,一輔一輔:結(jié)論結(jié)論:S為單能級(jí)為單能級(jí),其它其它p,d,f,e等為雙能級(jí)等為雙能級(jí),同一個(gè)同一個(gè)l,n 增加增加,E下降下降.4.4 電子自旋同軌道運(yùn)動(dòng)相互作用電子自旋同軌道運(yùn)動(dòng)相互作用1.引入引入.:為什么單價(jià)原子光譜為什么單價(jià)原子光譜有雙線精細(xì)結(jié)構(gòu)？有雙線精細(xì)結(jié)構(gòu)？2.本節(jié)中心本節(jié)中心:電子自旋電子自旋;原子態(tài)原子態(tài):4.4 4.4 電子自旋與軌道運(yùn)動(dòng)的相互作用電子自旋與軌道運(yùn)動(dòng)的相互作用一、電子自旋一、電子自旋1 1、電子自旋概念的提出、電子自旋概念的提出、電子自旋概念的提出、電子自

7、旋概念的提出為了說明堿金屬原子光譜的雙線結(jié)構(gòu)，和解釋斯特恩為了說明堿金屬原子光譜的雙線結(jié)構(gòu)，和解釋斯特恩為了說明堿金屬原子光譜的雙線結(jié)構(gòu)，和解釋斯特恩為了說明堿金屬原子光譜的雙線結(jié)構(gòu)，和解釋斯特恩-革拉赫革拉赫革拉赫革拉赫實(shí)驗(yàn)結(jié)果，兩位不到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，兩位不到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，兩位不到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，兩位不到2525歲的荷蘭大學(xué)生歲的荷蘭大學(xué)生歲的荷蘭大學(xué)生歲的荷蘭大學(xué)生烏侖貝克烏侖貝克烏侖貝克烏侖貝克和和和和古茲米特古茲米特古茲米特古茲米特大膽地提出電子的自旋運(yùn)動(dòng)的假設(shè)。大膽地提出電子的自旋運(yùn)動(dòng)的假設(shè)。大膽地提出電子的自旋運(yùn)動(dòng)的假設(shè)。大膽地提出電子的自旋運(yùn)動(dòng)的假設(shè)?！澳銈冞€年輕，有些荒唐沒關(guān)系你們還年輕，有

8、些荒唐沒關(guān)系”（導(dǎo)師埃導(dǎo)師埃倫菲斯特）倫菲斯特）按照這一假設(shè)，電子除軌道運(yùn)動(dòng)外，還存在一種按照這一假設(shè)，電子除軌道運(yùn)動(dòng)外，還存在一種按照這一假設(shè)，電子除軌道運(yùn)動(dòng)外，還存在一種按照這一假設(shè)，電子除軌道運(yùn)動(dòng)外，還存在一種自旋運(yùn)動(dòng)自旋運(yùn)動(dòng)自旋運(yùn)動(dòng)自旋運(yùn)動(dòng)，和自旋運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系還存在和自旋運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系還存在和自旋運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系還存在和自旋運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系還存在自旋角動(dòng)量自旋角動(dòng)量自旋角動(dòng)量自旋角動(dòng)量。2 2、電子自旋角動(dòng)量量子數(shù)、電子自旋角動(dòng)量量子數(shù)、電子自旋角動(dòng)量量子數(shù)、電子自旋角動(dòng)量量子數(shù)3 3、電子自旋角動(dòng)量空間取向量子化、電子自旋角動(dòng)量空間取向量子化、電子自旋角動(dòng)量空間取向量子化、電子自旋角動(dòng)量空間取向量子化

9、4 4、電子自旋磁矩、電子自旋磁矩、電子自旋磁矩、電子自旋磁矩電子軌道運(yùn)動(dòng)磁矩電子軌道運(yùn)動(dòng)磁矩電子軌道運(yùn)動(dòng)磁矩電子軌道運(yùn)動(dòng)磁矩:5 5、單電子總角動(dòng)量、單電子總角動(dòng)量、單電子總角動(dòng)量、單電子總角動(dòng)量對(duì)于單電子對(duì)于單電子對(duì)于單電子對(duì)于單電子s s1/2,1/2,所以：所以：所以：所以：1928年，年，Dirac從從量子力學(xué)的基本方量子力學(xué)的基本方程出發(fā)，很自然地程出發(fā)，很自然地導(dǎo)出了電子自旋的導(dǎo)出了電子自旋的性質(zhì)，為這個(gè)假設(shè)性質(zhì)，為這個(gè)假設(shè)提供了理論依據(jù)。提供了理論依據(jù)。在無外場(chǎng)情況下，在無外場(chǎng)情況下，在無外場(chǎng)情況下，在無外場(chǎng)情況下，守恒，大守恒，大守恒，大守恒，大小、方向不變，小、方向不變，小

10、、方向不變，小、方向不變，和和和和 繞繞繞繞 進(jìn)動(dòng)，且保持夾角不變。進(jìn)動(dòng)，且保持夾角不變。進(jìn)動(dòng)，且保持夾角不變。進(jìn)動(dòng)，且保持夾角不變。二、自旋二、自旋-軌道運(yùn)動(dòng)相互作用能軌道運(yùn)動(dòng)相互作用能1 1、磁性物體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的附加能量、磁性物體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的附加能量、磁性物體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的附加能量、磁性物體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的附加能量2 2、自旋、自旋、自旋、自旋-軌道相互作軌道相互作軌道相互作軌道相互作用能用能用能用能電子的自旋運(yùn)動(dòng)和電子的自旋運(yùn)動(dòng)和電子的自旋運(yùn)動(dòng)和電子的自旋運(yùn)動(dòng)和軌道運(yùn)動(dòng)之間通過軌道運(yùn)動(dòng)之間通過軌道運(yùn)動(dòng)之間通過軌道運(yùn)動(dòng)之間通過磁相互作用。磁相互作用。磁相互作用。磁相互作用。在電子為靜止的

11、在電子為靜止的在電子為靜止的在電子為靜止的坐標(biāo)系上，原子坐標(biāo)系上，原子坐標(biāo)系上，原子坐標(biāo)系上，原子實(shí)（實(shí)（實(shí)（實(shí)（Z*Z*e e）繞電子）繞電子）繞電子）繞電子旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生磁旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生磁旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生磁旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生磁場(chǎng)場(chǎng)場(chǎng)場(chǎng)B B，并與自旋磁并與自旋磁并與自旋磁并與自旋磁矩作用。矩作用。矩作用。矩作用。變換變換變換變換回以核回以核回以核回以核為為為為靜止的坐靜止的坐靜止的坐靜止的坐標(biāo)標(biāo)標(biāo)標(biāo)系，并考系，并考系，并考系，并考慮慮慮慮兩坐兩坐兩坐兩坐標(biāo)標(biāo)標(biāo)標(biāo)系系系系變換變換變換變換的的的的相相相相對(duì)對(duì)對(duì)對(duì)論論論論（時(shí)間時(shí)間時(shí)間時(shí)間差）效差）效差）效差）效應(yīng)應(yīng)應(yīng)應(yīng)后，再乘以因子后，再乘以因子后，再乘以

12、因子后，再乘以因子 得：得：得：得：詳見：史斌星詳見：史斌星詳見：史斌星詳見：史斌星量量量量子物理子物理子物理子物理附錄附錄附錄附錄 的處理：的處理：的處理：的處理：量子力學(xué)方法：按幾率分布所得量子力學(xué)方法：按幾率分布所得量子力學(xué)方法：按幾率分布所得量子力學(xué)方法：按幾率分布所得的平均值的平均值的平均值的平均值 代替。代替。代替。代替。對(duì)堿金屬原子，對(duì)堿金屬原子，對(duì)堿金屬原子，對(duì)堿金屬原子，的處理：的處理：的處理：的處理：代入整理得：代入整理得：代入整理得：代入整理得：原子的原子的原子的原子的總總總總能量能量能量能量（不包括相（不包括相（不包括相（不包括相對(duì)論對(duì)論對(duì)論對(duì)論修正）修正）修正）修正）

13、：能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)：能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)：能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)：能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)能量能量能量能量E E由由由由 三個(gè)量子數(shù)決定。三個(gè)量子數(shù)決定。三個(gè)量子數(shù)決定。三個(gè)量子數(shù)決定。對(duì)對(duì)對(duì)對(duì)一一一一給給給給定定定定 能能能能級(jí)級(jí)級(jí)級(jí)，即，即，即，即給給給給定定定定 但但但但 仍與仍與仍與仍與 有關(guān)。有關(guān)。有關(guān)。有關(guān)。3 3、堿金屬原子能級(jí)的分裂、堿金屬原子能級(jí)的分裂、堿金屬原子能級(jí)的分裂、堿金屬原子能級(jí)的分裂當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，時(shí)，時(shí)，能級(jí)不分裂能級(jí)不分裂能級(jí)不分裂能級(jí)不分裂 當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，時(shí)，時(shí)，能級(jí)分裂為雙層能級(jí)分裂為雙層能級(jí)分裂為雙層能級(jí)分裂為雙層,間隔間隔間隔間隔:討論：討論：1能級(jí)由 三個(gè)量子數(shù)決定，當(dāng)

14、 時(shí)，能級(jí)不分裂；當(dāng) 時(shí)，能級(jí)分裂為雙層。2能級(jí)分裂的間隔由 決定當(dāng) 一定時(shí)，大，小，即當(dāng) 一定時(shí)，大，小，即4 4、堿金屬原子態(tài)符號(hào)表示、堿金屬原子態(tài)符號(hào)表示、堿金屬原子態(tài)符號(hào)表示、堿金屬原子態(tài)符號(hào)表示 堿金屬原子的狀態(tài)，可由描述價(jià)電子狀態(tài)的量子數(shù)描述。堿金屬原子的狀態(tài)，可由描述價(jià)電子狀態(tài)的量子數(shù)描述。堿金屬原子的狀態(tài)，可由描述價(jià)電子狀態(tài)的量子數(shù)描述。堿金屬原子的狀態(tài)，可由描述價(jià)電子狀態(tài)的量子數(shù)描述。電子態(tài)描述符號(hào)：電子態(tài)描述符號(hào)：電子態(tài)描述符號(hào)：電子態(tài)描述符號(hào)：如如如如 2p2p電子，電子，電子，電子，3S3S電子等，小寫符號(hào)電子等，小寫符號(hào)電子等，小寫符號(hào)電子等，小寫符號(hào)電子組態(tài)電子組態(tài)

15、電子組態(tài)電子組態(tài)：原子核外電子的排布，如：原子核外電子的排布，如：原子核外電子的排布，如：原子核外電子的排布，如：Na Z=11 Na Z=11 Na Z=11 Na Z=11 基態(tài)電子組態(tài)基態(tài)電子組態(tài)基態(tài)電子組態(tài)基態(tài)電子組態(tài):激發(fā)態(tài)電子組態(tài)激發(fā)態(tài)電子組態(tài)激發(fā)態(tài)電子組態(tài)激發(fā)態(tài)電子組態(tài):堿金屬原子態(tài)符號(hào)：堿金屬原子態(tài)符號(hào)：堿金屬原子態(tài)符號(hào)：堿金屬原子態(tài)符號(hào)：價(jià)電子的主量子數(shù)價(jià)電子的主量子數(shù)價(jià)電子的主量子數(shù)價(jià)電子的主量子數(shù)價(jià)電子的軌道角動(dòng)量，用大寫價(jià)電子的軌道角動(dòng)量，用大寫價(jià)電子的軌道角動(dòng)量，用大寫價(jià)電子的軌道角動(dòng)量，用大寫e e 表表表表示示示示 電子的總角動(dòng)量。電子的總角動(dòng)量。電子的總角動(dòng)量。

16、電子的總角動(dòng)量。自旋多重度，表示原子態(tài)的多重?cái)?shù)。對(duì)堿原子自旋多重度，表示原子態(tài)的多重?cái)?shù)。對(duì)堿原子自旋多重度，表示原子態(tài)的多重?cái)?shù)。對(duì)堿原子自旋多重度，表示原子態(tài)的多重?cái)?shù)。對(duì)堿原子S S 態(tài)雖然是單層（重）能級(jí)，仍表示為：態(tài)雖然是單層（重）能級(jí)，仍表示為：態(tài)雖然是單層（重）能級(jí)，仍表示為：態(tài)雖然是單層（重）能級(jí)，仍表示為：例：例：例：例：表示：表示：表示：表示：的原子態(tài)，多重度：的原子態(tài)，多重度：的原子態(tài)，多重度：的原子態(tài)，多重度：2 2 表示：表示：表示：表示：的原子態(tài)，多重度：的原子態(tài)，多重度：的原子態(tài)，多重度：的原子態(tài)，多重度：2 2 表示：表示：表示：表示：的原子態(tài)，多重度：的原子態(tài)，多重度：的原子態(tài)，多重度：的原子態(tài)，多重度：2 2 LiLi原子能級(jí)圖（考慮精細(xì)結(jié)構(gòu)）原子能級(jí)圖（考慮精細(xì)結(jié)構(gòu)）原子能級(jí)圖（考慮精細(xì)結(jié)構(gòu)）原子能級(jí)圖（考慮精細(xì)結(jié)構(gòu)）4.5 單電子躍遷的選擇定則單電子躍遷的選擇定則1.引入引入:能級(jí)分裂后能級(jí)分裂后,能級(jí)間如何躍遷能級(jí)間如何躍遷?2.本節(jié)中心本節(jié)中心:選擇定則選擇定則選擇定則選擇定則:對(duì)單電子躍遷成立對(duì)單電子躍遷成立主量子數(shù)主量子數(shù)n的改變不受限制的改變