1、堿金屬堿金屬鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁The alkali atoms ：Li， Na， K， Rb，Cs， FrAtomic number: 3， 11， 19， 37， 55， 87核外電子排布：核外電子排布：32 12 81112 8198 12 83718 8 15512 8 18818872 8 18832181特點：特點：Core + Valence electron堿金屬原子的光譜堿金屬原子的光譜（）主線系主線系（Principal seriesPrincipal series）（）第一輔線系或漫線系第一輔線系或漫線系（Diffuse seriesDiffuse

2、 series）（）第二輔線系或銳線系第二輔線系或銳線系（Sharp seriesSharp series）（）伯格曼線系或基線系伯格曼線系或基線系（Bergmann seriesBergmann series）一一. . 堿金屬原子的實驗光譜堿金屬原子的實驗光譜 例如：鋰原子例如：鋰原子(Lithium)的四個線系的四個線系 主線系：主線系：譜線最亮，第一條為紅色，其余在紫外，譜線最亮，第一條為紅色，其余在紫外， 線系限的波數(shù)線系限的波數(shù)14 .43484cm 第一輔線系：第一輔線系：可見光區(qū)域，可見光區(qū)域，14 .28581cm所有堿金屬元素的原子光譜都具有相仿的結(jié)構(gòu)所有堿金屬元素的原子光

3、譜都具有相仿的結(jié)構(gòu), 光譜線明顯光譜線明顯的構(gòu)成幾個線系。一般觀察到四個線系：的構(gòu)成幾個線系。一般觀察到四個線系：第二輔線系：第二輔線系：第一條在紅外，其余在可見區(qū)，第一條在紅外，其余在可見區(qū)，14 .28581cm伯格曼線系：伯格曼線系：紅外，紅外，15 .12202cm 下圖為鋰的光譜線系下圖為鋰的光譜線系 ：二二. .堿金屬原子實驗光譜的規(guī)律性堿金屬原子實驗光譜的規(guī)律性 1.1.里德堡經(jīng)驗公式里德堡經(jīng)驗公式 氫原子：氫原子：;)()(22nRmRnTmTHHn2mRnH時，當(dāng)2nRHRydbergRydberg研究出堿金屬原子光譜線的波數(shù)為：研究出堿金屬原子光譜線的波數(shù)為：*2nRn式中

4、，式中， 為光譜線波數(shù)，為光譜線波數(shù)，R R為堿金屬原子的里德堡常數(shù)為堿金屬原子的里德堡常數(shù)n時，時， 是線系限的波數(shù)。是線系限的波數(shù)。n*n為為有效量子數(shù)有效量子數(shù)（非整數(shù)）（非整數(shù)）*n2.2.有效量子數(shù)，量子數(shù)虧損有效量子數(shù)，量子數(shù)虧損)()(*2*nTRnnRnTP P117117，表，表4.1 Li4.1 Li原子的光譜原子的光譜項值和有效量子數(shù)項值和有效量子數(shù)P118，表表4.2 Na4.2 Na原子的光原子的光譜項值和有效量子數(shù)譜項值和有效量子數(shù)因為有效量子數(shù)比因為有效量子數(shù)比n n略小或相等略小或相等 ( (個別個別n n* *比比n n大大, ,另有原因另有原因),),故故

5、nn*nn 同一線系內(nèi)同一線系內(nèi), ,基本相同基本相同所以，所以，2)()(nRnT*2nRn2)(nR堿金屬原子的光譜線：堿金屬原子的光譜線：量子數(shù)虧損量子數(shù)虧損 不同線系間不同線系間,不同，二不同，二 輔系最大輔系最大,主線系、一主線系、一 輔系、柏格曼線系次之輔系、柏格曼線系次之3. 3. 堿金屬原子光譜的規(guī)律堿金屬原子光譜的規(guī)律里德堡發(fā)現(xiàn)，堿金屬原子的線系之間滿足一定的關(guān)系：里德堡發(fā)現(xiàn)，堿金屬原子的線系之間滿足一定的關(guān)系：（1 1）主線系線系限的波數(shù)，恰好等于第二輔線系的第二譜項）主線系線系限的波數(shù)，恰好等于第二輔線系的第二譜項 值中最大的。值中最大的。（2 2）第一輔線系和第二輔線系

6、的線系限的波數(shù)相等，其都恰）第一輔線系和第二輔線系的線系限的波數(shù)相等，其都恰 好等于主線系的第二譜項值中最大的。好等于主線系的第二譜項值中最大的。（3 3）柏格曼線系的線系限的波數(shù)恰好等于第一輔線系的第二）柏格曼線系的線系限的波數(shù)恰好等于第一輔線系的第二 譜項值中最大的。譜項值中最大的。下面列出下面列出LiLi原子的四個光譜線系的具體公式：原子的四個光譜線系的具體公式：主線系：主線系：22,2,3,2p nSpRRnnnPSnp2第二輔線系：第二輔線系：22,3,4,2snspRRnnnSPnd 2伯格曼線系：伯格曼線系： 22,4,5,3fndfRRnn 表達(dá)鈉的四個線系的公式也是這個形式的

7、，所不同的表達(dá)鈉的四個線系的公式也是這個形式的，所不同的是前三式（主線系，第二輔線系，第一輔線系）右邊第一是前三式（主線系，第二輔線系，第一輔線系）右邊第一項分母中的主量子數(shù)應(yīng)改做項分母中的主量子數(shù)應(yīng)改做3 3，主線系后邊的，主線系后邊的n n應(yīng)等于應(yīng)等于 3,4,3,4,，第一輔線系后邊的，第一輔線系后邊的n n應(yīng)等于應(yīng)等于4,5,4,5,。思考：表示鉀原子的四個線系的公式應(yīng)該有什么特點？思考：表示鉀原子的四個線系的公式應(yīng)該有什么特點？nFDnd3第一輔線系：第一輔線系：22,3,4,2d ndpRRnnnDPnd2三三. .堿金屬原子的能級圖和光譜系堿金屬原子的能級圖和光譜系psdf1cm

8、030000100002233344445555H46532n以鋰原子為例：以鋰原子為例：能級規(guī)律能級規(guī)律: (1) n 相同，相同，l 越小，能級越低；越小，能級越低； (2) l 相同，相同，n 越小，能級越低；越小，能級越低；(3) n 較大時，接近于氫原子能級。較大時，接近于氫原子能級。主線系共振線共振線二輔系柏格曼線系一輔系線系的形成機(jī)理：線系的形成機(jī)理：主線系：主線系：snp222,2,3,2p nSpRRnn第二輔線系：第二輔線系：pns222,3,4,2s nspRRnn第一輔線系：第一輔線系：pnd2伯格曼線系：伯格曼線系：dnf3躍遷選擇定則：躍遷選擇定則：1l例題：寫出堿

9、金屬原子例題：寫出堿金屬原子NaNa的四個光譜線系公式：的四個光譜線系公式：主線系：主線系：第一輔線系：第一輔線系：第二輔線系：第二輔線系：伯格曼線系：伯格曼線系：解解: (1) 確定價電子的確定價電子的基態(tài)的主量子數(shù)基態(tài)的主量子數(shù)n=3, 而而l=0,1,2，故基態(tài)為，故基態(tài)為3s(2) (2) 根據(jù)根據(jù)選擇定則選擇定則和堿金屬原子的和堿金屬原子的里德堡公式里德堡公式寫出四個線系寫出四個線系的公式，如下：的公式，如下：snp3pns3pnd3dnf3, 4 , 3,)()3(22nnRRpsnp, 5 , 4,)()3(22nnRRspns, 4 , 3,)()3(22nnRRdpnd, 5

10、 , 4,)()3(22nnRRfdnf當(dāng)當(dāng)n n較大時，堿金屬原子與氫原子相似，當(dāng)較大時，堿金屬原子與氫原子相似，當(dāng)n n小時，與氫原子小時，與氫原子不同（由于原子實的存在）不同（由于原子實的存在）1. 原子實的極化（原子實的極化（n一定，一定，l 不同）不同）2.2.軌道的貫穿（價電子能貫穿原子實）軌道的貫穿（價電子能貫穿原子實）一、原子實的極化一、原子實的極化4-2. 原子實的極化和軌道貫穿原子實的極化和軌道貫穿近距時：正負(fù)中心錯開，形成偶近距時：正負(fù)中心錯開，形成偶極子影響電子運動。極子影響電子運動。遠(yuǎn)距時：正負(fù)中心重合，僅相當(dāng)遠(yuǎn)距時：正負(fù)中心重合，僅相當(dāng)于于1個正電荷個正電荷,無極化

11、。無極化。因此，在不同軌道上運動的電子的因此，在不同軌道上運動的電子的極化效應(yīng)是不同的。極化效應(yīng)是不同的。n越大，軌道大，效應(yīng)小。越大，軌道大，效應(yīng)小。n越小，軌道小，效應(yīng)大。越小，軌道小，效應(yīng)大。 l大，軌道圓，效應(yīng)小。大，軌道圓，效應(yīng)小。l小，軌道扁，效應(yīng)大。小，軌道扁，效應(yīng)大。 二二. .價電子的軌道在原子實中的貫穿效應(yīng)價電子的軌道在原子實中的貫穿效應(yīng) 當(dāng)電子與原子實較近（即當(dāng)電子與原子實較近（即n小），且軌道又扁平（小），且軌道又扁平（l小）時接小）時接近原子實的那些軌道會穿過原子實，從而影響了能級。近原子實的那些軌道會穿過原子實，從而影響了能級。 e軌道貫穿軌道貫穿軌道在原子實外：軌

12、道在原子實外：Z*(有效電荷數(shù)有效電荷數(shù)) 1軌道在原子實內(nèi)：軌道在原子實內(nèi)：Z*(有效電荷數(shù)有效電荷數(shù)) 1平均效果：平均效果：Z*1同一同一n同一同一l例：例：Li原子原子, Z3, 原子實中有原子實中有2個電子個電子, 對價電對價電 子作用的有效電荷：子作用的有效電荷：Z*3-21由氫原子玻爾理論知，光譜項可寫作把z換成Z*, 光譜項變?yōu)?2nRzT 由于Z* 1，故n*=(n/Z*)T氫，因為E-hcT, 所以E堿3p4p,（3）對同一）對同一n值值, 雙層能級的間隔隨雙層能級的間隔隨l 的增大而減小的增大而減小, 如如 3p間隔間隔3d, 4p4d4f作業(yè)：作業(yè)：P143 （ 1，2

13、，3，4）p2d31圖圖c. c. 第一輔線系躍遷圖第一輔線系躍遷圖23雙層雙層3d3d能級間隔與譜線能級間隔與譜線2,32,3間的間隔相等間的間隔相等雙層雙層2p2p能級間隔與譜線能級間隔與譜線1,31,3間的間隔相等間的間隔相等練習(xí)：考慮精細(xì)結(jié)構(gòu)后，請畫出Na原子的能級圖，并在圖上標(biāo)出主線系，第二輔線系，第一輔線系以及柏格曼線系，同時將其與不考慮精細(xì)結(jié)構(gòu)時Na原子的能級圖加以比較。4-4 電子自旋與軌道運動的相互作用電子自旋與軌道運動的相互作用 1925年，荷蘭烏侖貝克年，荷蘭烏侖貝克(G. E. Uhlenbeck)與古茲米特與古茲米特(S. Gondsmit)提出了關(guān)于電子自旋的假設(shè)：

14、認(rèn)為電子不是點電荷，提出了關(guān)于電子自旋的假設(shè)：認(rèn)為電子不是點電荷，它除了軌道運動外，還具有某種形式的自旋運動。它除了軌道運動外，還具有某種形式的自旋運動。1.1.電子自旋電子自旋( (Electron spin) )概念的提出概念的提出 一一. .電子自旋電子自旋( (Electron spin) )與能級分裂與能級分裂(Energy split)(Energy split)假設(shè)：假設(shè)：每個電子都具有自旋的特性，電子的自旋角動量為每個電子都具有自旋的特性，電子的自旋角動量為21221hps固有矩固有矩相應(yīng)的自旋磁矩為相應(yīng)的自旋磁矩為sspme 固有磁矩固有磁矩令令spss稱為自旋量子數(shù)，其值稱

15、為自旋量子數(shù)，其值恒為恒為21se2. 2. 電子自旋與軌道運動的矢量模型電子自旋與軌道運動的矢量模型 價電子繞原子實運動，在固定于電子上的一個坐標(biāo)系中看價電子繞原子實運動，在固定于電子上的一個坐標(biāo)系中看是原子實繞電子運動，則電子感受到一個原子實產(chǎn)生的磁場的是原子實繞電子運動，則電子感受到一個原子實產(chǎn)生的磁場的作用，磁場的方向與原子實繞電子的軌道角動量方向（即電子作用，磁場的方向與原子實繞電子的軌道角動量方向（即電子的軌道角動量方向）相同，電子在磁場中作自旋運動，其自旋的軌道角動量方向）相同，電子在磁場中作自旋運動，其自旋取向要量子化取向要量子化lP因為，電子自旋角動量為因為，電子自旋角動量為

16、21 sps電子自旋角動量在電子自旋角動量在“磁場磁場”方向的投影方向的投影為為21smmPs即電子自旋平行或反平行于軌道角動量即電子自旋平行或反平行于軌道角動量(或或磁場磁場)。BelpBspslpBspsspsplplpjpjp時lspp )2(jslslpppslj)( 21lsljjslslpppslj)( 21lslj時lspp ) 1 ( 考慮電子的自旋后，原子中電子軌道角動量與自旋角動量考慮電子的自旋后，原子中電子軌道角動量與自旋角動量將耦合形成原子的總角動量。將耦合形成原子的總角動量。討論：按玻爾理論討論：按玻爾理論1, 2 , 1 , 0 ,*1nllllpl軌道角動量：軌道

17、角動量：自旋角動量：自旋角動量：總角動量：總角動量：21 ,*1sssspsslsljjjjpj或 ,*1根據(jù)角動量耦合：根據(jù)角動量耦合：jlsPpp lpBsjpsplpBsjpsplpspjp按量子力學(xué)理論有：按量子力學(xué)理論有：（Spin-orbit coupling）所以，原來的一條能所以，原來的一條能級分裂為兩條，如下級分裂為兩條，如下圖所示圖所示二二. . 能級分裂的初步解釋能級分裂的初步解釋按照電磁理論，一個磁性物體在磁場中的能量是按照電磁理論，一個磁性物體在磁場中的能量是 , 為物體的磁矩，為物體的磁矩， 是是 和和 的夾角。的夾角。cosBB考慮到具有自旋磁矩考慮到具有自旋磁矩

18、 電子在軌道運動產(chǎn)生的磁場中的運電子在軌道運動產(chǎn)生的磁場中的運動，所以附加的能量可以表示為動，所以附加的能量可以表示為scosBEsls)21( 0,180 , ) i (0ljEBpplssls，則若)21( 0,0 , )ii(0ljEBpplssls，則若0E21lj21lj)(0lsEE)(0lsEE三三. .電子自旋與軌道相互作用能量的計算電子自旋與軌道相互作用能量的計算cosBEsls（1）Bssmehssmepme7 . 1223) 1(（2）根據(jù)比奧.薩伐爾定律204rrlIdBd原子實的有效核電荷原子實的有效核電荷Z*e產(chǎn)生的電流產(chǎn)生的電流I為：為：revZeZI2*其中為其

19、中為圓周運動頻率，圓周運動頻率，v 是線速度，是線速度，r 是圓半徑。電流是圓半徑。電流 I 在電子所在處產(chǎn)生的磁場大小為：在電子所在處產(chǎn)生的磁場大小為：sin42*0revZB vmrppmvrll ,sin為波爾磁子B所以，所以，)c1( 14120032*0lprmceZB（3）夾角）夾角的計算的計算由角動量關(guān)系由角動量關(guān)系 ，得，得jlsPpp cos2222slsljppppp所以所以222cos2jlslspppp p 最后，可得自旋和軌道相互作用產(chǎn)生的附加能量為最后，可得自旋和軌道相互作用產(chǎn)生的附加能量為slsljlsslsppppprpmceZpmeBE2 41 cos2223

20、2*02)(141 22*2*2*32*0sljrmceZmeslppslj2)(2*2*22另外上面的推導(dǎo)是在以電子為靜止的坐標(biāo)系中導(dǎo)出的表達(dá)式，另外上面的推導(dǎo)是在以電子為靜止的坐標(biāo)系中導(dǎo)出的表達(dá)式，事實上，我們真正有興趣的是以核為靜止的坐標(biāo)系。按相對論事實上，我們真正有興趣的是以核為靜止的坐標(biāo)系。按相對論的結(jié)論，實際的能量修正還應(yīng)在上式中乘以的結(jié)論，實際的能量修正還應(yīng)在上式中乘以1/2，即：，即：考慮到考慮到r是是Z*, n, l 的函數(shù)，同一軌道上，的函數(shù)，同一軌道上，r連續(xù)變化，取其平連續(xù)變化，取其平均，有均，有*333311112zra n lll2220144meha214241

21、2*2*2*322222*0sljrhcmeZEls如果再把如果再把 和和 （精細(xì)結(jié)構(gòu)常（精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)）帶入，則可以得數(shù)）帶入，則可以得 32042)4(2hcmeRche02422) 1)(21(2*2*2*34*2sljlllnZRchEls相應(yīng)地光譜項的改變相應(yīng)地光譜項的改變2) 1)(21(2*2*2*34*2sljlllnZRhcETlsls22*2*2*slja) 1)(21(34*2lllnZRa對應(yīng)每一能級對應(yīng)每一能級n, l相同，相同，s=1/2不變，不變，j=l+1/2, l-1/2，有，有22) 121 (21) 1() 23)(21(21lallllaTlj212) 1

22、21 (21) 1() 21)(21(21lallllaTlj所以，雙層能級的間隔，用波數(shù)差表示，即為所以，雙層能級的間隔，用波數(shù)差表示，即為134*221) 1()21(米llnZRlaTTv分析：分析：（1）l = 0, s 態(tài)，態(tài)，j =1/2，能級不分裂，即只有單層能級；，能級不分裂，即只有單層能級；（2）l =1,2,3,，即，即p, d, f, 態(tài)時，有兩個態(tài)時，有兩個j=1/2，對應(yīng)，對應(yīng) 雙層能級；雙層能級；（3）n 相同時，相同時，l 越大，雙層能級間的隔越小；越大，雙層能級間的隔越小；（4）l 相同時，相同時，n 越大，雙層能級的間隔越小。越大，雙層能級的間隔越小。例題：例

23、題：l =1,2,3時，對應(yīng)雙層能級的時，對應(yīng)雙層能級的j值和間隔值和間隔( P133，圖，圖4.12 )由于原子實的軌道角動量、自旋角動量以及總角動量都為由于原子實的軌道角動量、自旋角動量以及總角動量都為零，堿金屬原子中只有一個價電子，價電子的所有角動量零，堿金屬原子中只有一個價電子，價電子的所有角動量就等于整個原子的角動量，因此用電子的狀態(tài)來表示原子就等于整個原子的角動量，因此用電子的狀態(tài)來表示原子的狀態(tài)（的狀態(tài)（nlj ），符號表示如下：（），符號表示如下：（P134，表，表4.3）四四. . 堿金屬原子態(tài)的符號表示堿金屬原子態(tài)的符號表示電子態(tài)的符號表示：電子態(tài)的符號表示：nl （l=

24、s, p, d, f, ）例如：例如：1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4d, 4f2. 2. 原子態(tài)的表示原子態(tài)的表示( (The symbolism for atomic states )：JSL12 軌道量子數(shù)軌道量子數(shù), ,用符用符號號S,P,D,FS,P,D,F標(biāo)記標(biāo)記總角動量量子數(shù)總角動量量子數(shù)表示能級的重表示能級的重數(shù)數(shù),S,S為總自旋為總自旋角動量量子數(shù)角動量量子數(shù)1. 1. 電子態(tài)的表示電子態(tài)的表示（nl）不考慮自旋不考慮自旋軌道相互作用時，堿金屬原子的狀態(tài)取決軌道相互作用時，堿金屬原子的狀態(tài)取決于于nl（稱為電子態(tài)）（稱為電子態(tài)），考慮時取決于，考慮時取決于n

25、lj（原子態(tài)）（原子態(tài)）。4.5 單電子輻射躍遷的選擇定則單電子輻射躍遷的選擇定則1.1. 選擇定則選擇定則(Selection Rules)(Selection Rules)單電子原子中能級間發(fā)出單電子原子中能級間發(fā)出(或吸收或吸收)輻射的躍遷只能在下列條件輻射的躍遷只能在下列條件下發(fā)生：下發(fā)生：1,0,1jln n不受限制。不受限制。對堿金屬原子的幾個線系，其主要結(jié)果為對堿金屬原子的幾個線系，其主要結(jié)果為(以鋰原子為例以鋰原子為例)：主線系： snp2212Pn232Pn2122 S第二輔線系： pns2212Sn2322 P2122 P232Pn212Pn2122 S2322 P2122

26、 P212Sn第一輔線系： pnd2232Dn2322 P2122 P252Dn柏格曼線系： dnf3252Fn2523 D2323 D272Fn272Fn252Fn2523 D2323 D252Dn232Dn2322 P2122 P思考：思考：堿金屬原子結(jié)構(gòu)類似于氫原子結(jié)構(gòu)，氫原子是堿金屬原子結(jié)構(gòu)類似于氫原子結(jié)構(gòu)，氫原子是否也有能級和光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)（否也有能級和光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)（Fine structures） ？4.6 氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)與藍(lán)姆移動氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)與藍(lán)姆移動一一. . 氫原子能級的精細(xì)結(jié)構(gòu)氫原子能級的精細(xì)結(jié)構(gòu) ( Fine structures)氫原子能量氫原子能量能量

27、的主要部分（動能勢能）相能量的主要部分（動能勢能）相對論效應(yīng)自旋軌道相互作用對論效應(yīng)自旋軌道相互作用lsrEEEE0220)(nZhcRE*ZZ為有效電荷為有效電荷對氫原子：對氫原子：1Z根據(jù)索末菲推論，根據(jù)索末菲推論，nnnsZhcREr431)(342后來，海森伯和約丹按量子力學(xué)推得后來，海森伯和約丹按量子力學(xué)推得nlnsZhcREr43211)(342sZ 注：注：因?qū)嶒灉y定因?qū)嶒灉y定的的 與與 不相同，故采用不相同，故采用不同的標(biāo)記。不同的標(biāo)記。 ZsZ 為有效電荷為有效電荷2) 1)(21()(2*2*2*342sljlllnsZRchElslsrEEEE0所以，所以，21 ,431

28、1)()(34222ljnlnsZhcRnZhcR21 ,431)()(34222ljnlnsZhcRnZhcR將上式中的將上式中的 l 用各自的用各自的 j 表示，可得表示，可得njnsZhcRnZhcRE43211)()(34222氫原子精細(xì)結(jié)構(gòu)能級圖：氫原子精細(xì)結(jié)構(gòu)能級圖：1n2n4n3n2125212323232527212121波爾能級S能級0lP能級1lD能級2lF能級3l結(jié)論結(jié)論: (1) 氫原子氫原子 S 能級為單層，能級為單層，P，D，F(xiàn)等為雙層；等為雙層； 21j2/12S212/12P232/32P232/32D2/52D25(2) 原子的能量與量子數(shù)原子的能量與量子數(shù)

29、n, j有關(guān)，有關(guān)，n, j相同相同, 能級相同；能級相同；(3) 考慮精細(xì)結(jié)構(gòu)后的能級普遍低于波爾理論的能級。考慮精細(xì)結(jié)構(gòu)后的能級普遍低于波爾理論的能級。S能級P能級D能級二二. . 氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)(Fine structures of spectra) spectra)根據(jù)氫原子的能級結(jié)構(gòu)以及躍遷的選擇定則根據(jù)氫原子的能級結(jié)構(gòu)以及躍遷的選擇定則1, 0, 1jl, 3 , 2 ,122nnRRHHn2/ 32P 氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)例例1 1：賴曼系：賴曼系激發(fā)態(tài)能級(n1) 基態(tài)能級（n=1）躍遷產(chǎn)生1n2n3n21232123玻爾能級21j

30、21212/12S玻爾理論：2/ 12P2325考慮精細(xì)結(jié)構(gòu)后：, 3 , 2, 1 2123212,2nSPn每條為雙線結(jié)構(gòu)，雙線間隔對應(yīng)P能級間隔2/ 12S2/ 12P2 / 32P2 / 12P2/ 12S2 / 12S2/ 52D2/ 32D2/ 32P例例2 2：巴爾末系：巴爾末系能級(n2) 能級（n=2）躍遷產(chǎn)生, 4 , 3 ,222nnRRHHn波爾理論：2n4n3n波爾能級S能級P能級D能級0l1l2l2II1I2I3I2II3II3II1364. 0cm1036. 0cm三三. . 氫原子光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)的實驗觀測氫原子光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)的實驗觀測最早，邁克耳孫和莫雷用干涉儀觀測

31、了巴爾末系的第一條最早，邁克耳孫和莫雷用干涉儀觀測了巴爾末系的第一條線的精細(xì)結(jié)構(gòu)，如下圖線的精細(xì)結(jié)構(gòu)，如下圖兩高峰間的波長差：A135. 0胡斯登和謝玉銘精密測量了雙線I1和2的間隔，其結(jié)果僅是理論的96,如下表表4.3 對H精細(xì)結(jié)構(gòu)的測量胡 斯 登威 廉德鄰握特理 論 值0.3170.320cm-10.3190.3160.3282 I1間隔 實驗值比理論均實驗值比理論均小了約小了約0.010cm-1圖圖4.16 4.16 巴爾末線系第一條線的精細(xì)結(jié)構(gòu)巴爾末線系第一條線的精細(xì)結(jié)構(gòu)四四. . 蘭姆移動蘭姆移動(Lamb shift)(Lamb shift) 1947年蘭姆（Willis Euge

32、ne Lamb） 和李瑟福（Retherford）用射頻波譜學(xué)方法測得氫原子能級精細(xì)結(jié)構(gòu)2 2S1/2比2 2P1/2高出1058兆赫茲，即0.033cm-1（更精密測量結(jié)果是1057.770.10兆赫茲）。后人把2 2S1/2較原理論位置升高那么一個數(shù)值稱為蘭姆移動。 進(jìn)一步的理論研究表明（量子電動力學(xué)），蘭姆移動是由于電子與其發(fā)射的光子之間的相互作用以及所謂的真空極化效應(yīng)引起。這些作用對S態(tài)的影響較大，而對其它態(tài)的影響則很小。蘭姆移動實驗和電子、子的反常磁矩實驗一起構(gòu)成了量子電動力學(xué)的三大實驗支柱。W. E. W. E. LanmbLanmbThe Nobel Prize in Physi

33、cs 1955The Nobel Prize in Physics 1955 美國著名的物理學(xué)家、原子光譜中“蘭姆移動”的實驗發(fā)現(xiàn)者威利斯尤金蘭姆(Willis Eugene Lamb)，1913年7月12日生于美國加利福尼亞州的洛杉礬。1930年考進(jìn)伯克利加利福尼亞大學(xué)。1934年獲得理學(xué)士學(xué)位，四年后獲得哲學(xué)博士學(xué)位，那時他是在奧本海默指導(dǎo)下研究理論物理。 蘭姆因仰慕當(dāng)時在哥倫比亞大學(xué)放射實驗室任職的拉比教授，便于1938年學(xué)成后前往哥倫比亞大學(xué)，加入該校物理學(xué)教師隊伍。 1951年至1956年，蘭姆教授接受加利福尼亞州斯坦福大學(xué)的邀請擔(dān)任物理學(xué)教授，在職期間發(fā)明了微波技術(shù)，進(jìn)而研究氫原子

34、到氦原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，所得結(jié)果與美國物理學(xué)家?guī)焓玻≒.Kusch）教授對電子磁矩所作的測定相一致。由于研究光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)的杰放貢獻(xiàn)，蘭姆教授與庫什教授分享了1955年度諾貝爾物理學(xué)獎金。 作業(yè)：作業(yè)： P143 （ 5，6，7）第四章第四章 小結(jié)小結(jié)一堿金屬原子光譜的特點和規(guī)律一堿金屬原子光譜的特點和規(guī)律1光譜光譜)(1)(1:3 :2 :2 :2 :22nmnmRvdnfpndpnssnp規(guī)律的躍遷柏格曼系的躍遷第一輔線系的躍遷第二輔線系的躍遷主線系形成四個強(qiáng)的線系特點 2能級能級nnlnnnRhcE,:)2,:)12規(guī)律能級差別較大不同同一特點二原子實極化和軌道貫穿二原子實極化和軌道貫穿三

35、堿金屬運原子的光譜和能級精細(xì)結(jié)構(gòu)三堿金屬運原子的光譜和能級精細(xì)結(jié)構(gòu)1光譜光譜 : :)( , :)( , :柏格曼系三線系統(tǒng)第一輔線系不變雙線第二輔線系變雙線主線系2能級能級: s單層單層 ; p,d,f等為三層等為三層.21s) 1( ssps21zspsspmeu四四(理論解釋理論解釋)自旋與軌道運動之間的相互作用自旋與軌道運動之間的相互作用1自旋概念的提出以及自旋特性自旋概念的提出以及自旋特性:,2) 1() 1() 1() 1)(21(cos342sslljjlllnZRchuBElsj不受限制njl, 1, 0, 12自旋角動量與軌道角動量之間的耦合自旋角動量與軌道角動量之間的耦合(

36、磁相互作用磁相互作用)3自旋與軌道運動之間的相互作用結(jié)果自旋與軌道運動之間的相互作用結(jié)果4單電子原子的光譜核能級的精細(xì)結(jié)構(gòu)單電子原子的光譜核能級的精細(xì)結(jié)構(gòu)1)原子態(tài)的表示原子態(tài)的表示2)能級的精細(xì)結(jié)構(gòu)能級的精細(xì)結(jié)構(gòu)3)躍遷選擇定則躍遷選擇定則()LiLithium Lithium was discovered in 1817 by Johan August Arfwedson but not isolated until some time later by W.T. Brande and Sir Humphry Davy. In its mineral forms it accounts f

37、or only 0.0007% of the earths crust. It compounds are used in certain kinds of glass and porcelain products. More recently lithium has become important in dry-cell batteries and nuclear reactors. Some compounds of lithium have been used to treat manic depressives. In compounds lithium (like all the

38、alkali metals) has a +1 charge. In its pure form it is soft and silvery white and has a relatively low melting point (181oC) Lithium is the lightest of all metals and is named from the Greek work for stone (lithos). It is the first member of the Alkali Metal family. It is less dense than water (with

39、 which it reacts) and forms a black oxide in contact with air. NaSodium Sodium was discovered and isolated in 1807 by Sir Humphry Davy. In its pure form it is silvery white and soft enough to cut with a knife. It is the sixth most abundant element in the earths crust, occurring in large amounts in b

40、oth (sea) water and soil in various mineral compounds, the most common of which is sodium chloride. The metal melts below the boiling point of water (97oC). In its elemental state it has been used as a molten coolant in nuclear reactors and is currently under research for sodium/sulfur batteries. It

41、s most common compounds for industrial use include sodium chloride, sodium hydroxide (lye), sodium carbonate (washing soda) and sodium sulfate. Sodium is perhaps the most characteristic alkali metal, reacting violently with water and rapidly with the oxygen in air. It symbol (Na) comes from its Lati

42、n name, Natria, whereas its English name is taken from soda which contains it. KPotassium The seventh most abundant element, potassium was discovered and isolated in 1807 by Sir Humphry Davy. Important compounds of potassium include potassium hydroxide (used in some drain cleaners), potassium supero

43、xide, KO2, which is used in respiratory equipment and potassium nitrate, used in fertilizers and pyrotechnics. Potassium, like sodium, melts below the boiling point of water (63oC) and is less dense than water also. Like most of the alkali metals, potassium compounds impart a characteristic color to

44、 flames. In the case of the 19th element, the color is pale lavender. Like sodium ions, the presence of potassium ions in the body is essential for the correct function of many cells. Potassium reacts so violently with water that it bursts into flame. The silvery white metal is very soft and reacts

45、rapidly with the oxygen in air. Its chemical symbol is derived from the Latin word kalium which means alkali. Its English name is from potash which is the common name for a compound containing it. RbRubidium Its melting point is so low you could melt it in your hand if you had a fever (39oC). But th

46、at would not be a good idea because it would react violently with the moisture in your skin. Rubidium was once thought to be quite rare but recent discoveries of large deposits indicate that there is plenty to use. However at present it finds only limited application in the manufacture of cathode ra

47、y tubes. Rubidium (Latin: rubidius = red) is similar in physical and chemical characteristics to potassium, but much more reactive. It is the seventeenth most abundant element and was discovered by its red spectral emission in 1861 by Bunsen and Kirchhoff.CsCesium Cesium is so reactive that it will

48、even explode on contact with ice! It has been used as a getter in the manufacture of vacuum tubes (i.e., it helps remove trace quantities of remaining gases). An isotope of cesium is used in the atomic clocks. Cesium is a bright silvery metal which is a liquid in a warm room (28oC). Its name is from the Latin caesius which is a description of a sky blue spectral emission by which it was discovered in 1860 by Bunsen and Kirchhoff. Frno images of Francium available Francium is t