一碱金属原子光谱的实验规律.PPT

F 取分立的值 分立的沉积线 μZ 取分立的值 μ 空间量子化 空间量子化 角动量 S N F n=1,l = 0, ml = 0 的银原子束 实验预想 原子沉积线条数应为奇数，(2l+1) = 1，而不应是两条。 基态 Ag 原子的磁矩等于最外层价电子的磁矩， 其 ?Z 取（2l+1 ）个值， 则F 可取（2l+1 ）个值， 实验观察到磁矩是由价电子自旋产生的，且其 取 2 个值。 S N F l = 0, ml = 0 的银原子束 实验现象 SG实验数据，d=3.5cm，磁场梯度dB/dz=1.4T/mm,最可几速率750m/s,两条纹间距2s=0.16mm,银原子质量107.9u，估算μz 三. 电子自旋角动量和自旋磁矩 为了说明碱金属原子能级的双层结构，1925年，不到25岁的两个荷兰学生，乌伦贝克和古德史密特依据一系列实验事实提出了电子自旋的假设：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，它们是电子本身所固有的，又称固有动量矩和固有磁矩。 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。 轨道角动量大小： 电子自旋角动量大小 s —自旋量子数 S 在外磁场方向的投影 电子自旋角动量在 外磁场中的取向 ms为自旋磁量子数，其应取(2s+1)个值。 ms = ±1/2 2s +1= 2 则 s = 1/2 ， 电子自旋磁矩 电子自旋磁矩在外磁场方向的投影 ms = ±1/2 可取 2 个值。与SG实验观察到的结果一致。 解释SG实验，银原子基态l＝0，即轨道角动量和相应的磁矩皆为零，自旋磁矩又只有两个分量，所以实验只能观察到2个原子沉积SG实验证明(1)原子有磁矩且磁矩空间量子化(2)电子自旋(角动量) 存在(3)自旋对应的磁矩z方向分量为±μB 黄永义 交大光信息系 §4.2 碱金属原子的光谱 H原子：能级 光谱项 由 ? 谱线的波长 ? 解释实验规律 碱金属元素：锂(3)、钠(11)、钾(19)、铷(37)、铯(55)和钫(87) 一价，化学性质相仿，电离电势较小，易被电离，具有金属的一般性质等。 一. 碱金属原子光谱的实验规律(注意和氢原子的比较) 碱金属元素的原子光谱具有相似的结构，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)。 (1) 主线系(the principal series)：谱线最亮，波长的分布范围最广，第一呈红色，其余均在紫外。 (2) 第一辅线系(漫线系the diffuse series)：在可见部分，其谱线较宽，边缘有些模糊而不清晰，故又称漫线系。 (3) 第二辅线系(锐线系the sharp series)：第一条在红外，其余均在可见区，其谱线较宽，边缘清晰，故又称锐线系。锐线系和漫线系的系限相同，所以均称为辅线系。 (4) 柏格曼系(基线系the fundamental series)：波长较长，在远红外区，它的光谱项与氢的光谱项相差很小，又称基线系。 系限 229.97 nm Li原子光谱 二. 线系公式 H 原子光谱： 里德伯研究发现，与氢光谱类似，碱金属原子的光谱线的波数也可以表示为二项之差： 有效量子数 系限对应于电离时的能量 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 量子数亏损 n* 和整数 n 之间有一个差值，用Δ表示: 量子数亏损 Δ与 n 无关，与l 有关， l 大，Δ小 。 光谱项 电子状态符号 电子状态用量子数n、l、ml 描述 对一定的n，l = 0, 1, 2, …, n-1，共 n 个值。 对一定的l， ml = ±1, ±2, …, ±l，共 2l+1 个值。 l = 0, 1, 2, 3, 4, 5, … ;? 分别记为s，p，d，f，g，… (1) n*一般略小于n ，只有个别例外。 (2) 同一线系的Δ差不多相同，即 l 相同的Δ大概相同。 (3) 不同线系的Δ不同，且 l 愈大，Δ愈小。 (4) 每个线系的系限波数恰好等于另一个线系的第二项的最大值。 cm-1 主线系： 第二辅线系： 第一辅线系： 柏格曼系： 主线系： 第二辅线系： 第一辅线系： 柏格曼系： 碱金属原子的光谱项 例，Na原子基态为3s，已知主线系共振线波长和线系波长分 别为589.3nm和241.3nm. 求，（1）Na原子基态