原子物理第四章-课件

1、碱金属碱金属锂、钠、钾、铷、铯、钫锂、钠、钾、铷、铯、钫The alkali atoms ：Li， Na， K， Rb，Cs， FrAtomic number: 3， 11， 19， 37， 55， 87核外电子排布：核外电子排布：32 12 81112 8198 12 83718 8 15512 8 18818872 8 18832181特点：特点：Core + Valence electron碱金属原子的光谱碱金属原子的光谱（）主线系主线系（Principal seriesPrincipal series）（）第一辅线系或漫线系第一辅线系或漫线系（Diffuse seriesDiffuse

2、 series）（）第二辅线系或锐线系第二辅线系或锐线系（Sharp seriesSharp series）（）伯格曼线系或基线系伯格曼线系或基线系（Bergmann seriesBergmann series）一一. . 碱金属原子的实验光谱碱金属原子的实验光谱 例如：锂原子例如：锂原子(Lithium)的四个线系的四个线系 主线系：主线系：谱线最亮，第一条为红色，其余在紫外，谱线最亮，第一条为红色，其余在紫外， 线系限的波数线系限的波数14 .43484cm 第一辅线系：第一辅线系：可见光区域，可见光区域，14 .28581cm所有碱金属元素的原子光谱都具有相仿的结构所有碱金属元素的原子光

3、谱都具有相仿的结构, 光谱线明显光谱线明显的构成几个线系。一般观察到四个线系：的构成几个线系。一般观察到四个线系：第二辅线系：第二辅线系：第一条在红外，其余在可见区，第一条在红外，其余在可见区，14 .28581cm伯格曼线系：伯格曼线系：红外，红外，15 .12202cm 下图为锂的光谱线系下图为锂的光谱线系 ：二二. .碱金属原子实验光谱的规律性碱金属原子实验光谱的规律性 1.1.里德堡经验公式里德堡经验公式 氢原子：氢原子：;)()(22nRmRnTmTHHn2mRnH时，当2nRHRydbergRydberg研究出碱金属原子光谱线的波数为：研究出碱金属原子光谱线的波数为：*2nRn式中

4、，式中， 为光谱线波数，为光谱线波数，R R为碱金属原子的里德堡常数为碱金属原子的里德堡常数n时，时， 是线系限的波数。是线系限的波数。n*n为为有效量子数有效量子数（非整数）（非整数）*n2.2.有效量子数，量子数亏损有效量子数，量子数亏损)()(*2*nTRnnRnTP P117117，表，表4.1 Li4.1 Li原子的光谱原子的光谱项值和有效量子数项值和有效量子数P118，表表4.2 Na4.2 Na原子的光原子的光谱项值和有效量子数谱项值和有效量子数因为有效量子数比因为有效量子数比n n略小或相等略小或相等 ( (个别个别n n* *比比n n大大, ,另有原因另有原因),),故故

5、nn*nn 同一线系内同一线系内, ,基本相同基本相同所以，所以，2)()(nRnT*2nRn2)(nR碱金属原子的光谱线：碱金属原子的光谱线：量子数亏损量子数亏损 不同线系间不同线系间,不同，二不同，二 辅系最大辅系最大,主线系、一主线系、一 辅系、柏格曼线系次之辅系、柏格曼线系次之3. 3. 碱金属原子光谱的规律碱金属原子光谱的规律里德堡发现，碱金属原子的线系之间满足一定的关系：里德堡发现，碱金属原子的线系之间满足一定的关系：（1 1）主线系线系限的波数，恰好等于第二辅线系的第二谱项）主线系线系限的波数，恰好等于第二辅线系的第二谱项 值中最大的。值中最大的。（2 2）第一辅线系和第二辅线系

6、的线系限的波数相等，其都恰）第一辅线系和第二辅线系的线系限的波数相等，其都恰 好等于主线系的第二谱项值中最大的。好等于主线系的第二谱项值中最大的。（3 3）柏格曼线系的线系限的波数恰好等于第一辅线系的第二）柏格曼线系的线系限的波数恰好等于第一辅线系的第二 谱项值中最大的。谱项值中最大的。下面列出下面列出LiLi原子的四个光谱线系的具体公式：原子的四个光谱线系的具体公式：主线系：主线系：22,2,3,2p nSpRRnnnPSnp2第二辅线系：第二辅线系：22,3,4,2snspRRnnnSPnd 2伯格曼线系：伯格曼线系： 22,4,5,3fndfRRnn 表达钠的四个线系的公式也是这个形式的

7、，所不同的表达钠的四个线系的公式也是这个形式的，所不同的是前三式（主线系，第二辅线系，第一辅线系）右边第一是前三式（主线系，第二辅线系，第一辅线系）右边第一项分母中的主量子数应改做项分母中的主量子数应改做3 3，主线系后边的，主线系后边的n n应等于应等于 3,4,3,4,，第一辅线系后边的，第一辅线系后边的n n应等于应等于4,5,4,5,。思考：表示钾原子的四个线系的公式应该有什么特点？思考：表示钾原子的四个线系的公式应该有什么特点？nFDnd3第一辅线系：第一辅线系：22,3,4,2d ndpRRnnnDPnd2三三. .碱金属原子的能级图和光谱系碱金属原子的能级图和光谱系psdf1cm

8、030000100002233344445555H46532n以锂原子为例：以锂原子为例：能级规律能级规律: (1) n 相同，相同，l 越小，能级越低；越小，能级越低； (2) l 相同，相同，n 越小，能级越低；越小，能级越低；(3) n 较大时，接近于氢原子能级。较大时，接近于氢原子能级。主线系共振线共振线二辅系柏格曼线系一辅系线系的形成机理：线系的形成机理：主线系：主线系：snp222,2,3,2p nSpRRnn第二辅线系：第二辅线系：pns222,3,4,2s nspRRnn第一辅线系：第一辅线系：pnd2伯格曼线系：伯格曼线系：dnf3跃迁选择定则：跃迁选择定则：1l例题：写出碱

9、金属原子例题：写出碱金属原子NaNa的四个光谱线系公式：的四个光谱线系公式：主线系：主线系：第一辅线系：第一辅线系：第二辅线系：第二辅线系：伯格曼线系：伯格曼线系：解解: (1) 确定价电子的确定价电子的基态的主量子数基态的主量子数n=3, 而而l=0,1,2，故基态为，故基态为3s(2) (2) 根据根据选择定则选择定则和碱金属原子的和碱金属原子的里德堡公式里德堡公式写出四个线系写出四个线系的公式，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当当n n较大时，碱金属原子与氢原子相似，当较大时，碱金属原子与氢原子相似，当n n小时，与氢原子小时，与氢原子不同（由于原子实的存在）不同（由于原子实的存在）1. 原子实的极化（原子实的极化（n一定，一定，l 不同）不同）2.2.轨道的贯穿（价电子能贯穿原子实）轨道的贯穿（价电子能贯穿原子实）一、原子实的极化一、原子实的极化4-2. 原子实的极化和轨道贯穿原子实的极化和轨道贯穿近距时：正负中心错开，形成偶近距时：正负中心错开，形成偶极子影响电子运动。极子影响电子运动。远距时：正负中心重合，仅相当远距时：正负中心重合，仅相当于于1个正电荷个正电荷,无极化

11、。无极化。因此，在不同轨道上运动的电子的因此，在不同轨道上运动的电子的极化效应是不同的。极化效应是不同的。n越大，轨道大，效应小。越大，轨道大，效应小。n越小，轨道小，效应大。越小，轨道小，效应大。 l大，轨道圆，效应小。大，轨道圆，效应小。l小，轨道扁，效应大。小，轨道扁，效应大。 二二. .价电子的轨道在原子实中的贯穿效应价电子的轨道在原子实中的贯穿效应 当电子与原子实较近（即当电子与原子实较近（即n小），且轨道又扁平（小），且轨道又扁平（l小）时接小）时接近原子实的那些轨道会穿过原子实，从而影响了能级。近原子实的那些轨道会穿过原子实，从而影响了能级。 e轨道贯穿轨道贯穿轨道在原子实外：轨

12、道在原子实外：Z*(有效电荷数有效电荷数) 1轨道在原子实内：轨道在原子实内：Z*(有效电荷数有效电荷数) 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, 原子实中有原子实中有2个电子个电子, 对价电对价电 子作用的有效电荷：子作用的有效电荷：Z*3-21由氢原子玻尔理论知，光谱项可写作把z换成Z*, 光谱项变为22nRzT 由于Z* 1，故n*=(n/Z*)T氢，因为E-hcT, 所以E碱3p4p,（3）对同一）对同一n值值, 双层能级的间隔随双层能级的间隔随l 的增大而减小的增大而减小, 如如 3p间隔间隔3d, 4p4d4f作业：作业：P143 （ 1，2

13、，3，4）p2d31图图c. c. 第一辅线系跃迁图第一辅线系跃迁图23双层双层3d3d能级间隔与谱线能级间隔与谱线2,32,3间的间隔相等间的间隔相等双层双层2p2p能级间隔与谱线能级间隔与谱线1,31,3间的间隔相等间的间隔相等练习：考虑精细结构后，请画出Na原子的能级图，并在图上标出主线系，第二辅线系，第一辅线系以及柏格曼线系，同时将其与不考虑精细结构时Na原子的能级图加以比较。4-4 电子自旋与轨道运动的相互作用电子自旋与轨道运动的相互作用 1925年，荷兰乌仑贝克年，荷兰乌仑贝克(G. E. Uhlenbeck)与古兹米特与古兹米特(S. Gondsmit)提出了关于电子自旋的假设：

14、认为电子不是点电荷，提出了关于电子自旋的假设：认为电子不是点电荷，它除了轨道运动外，还具有某种形式的自旋运动。它除了轨道运动外，还具有某种形式的自旋运动。1.1.电子自旋电子自旋( (Electron spin) )概念的提出概念的提出 一一. .电子自旋电子自旋( (Electron spin) )与能级分裂与能级分裂(Energy split)(Energy split)假设：假设：每个电子都具有自旋的特性，电子的自旋角动量为每个电子都具有自旋的特性，电子的自旋角动量为21221hps固有矩固有矩相应的自旋磁矩为相应的自旋磁矩为sspme 固有磁矩固有磁矩令令spss称为自旋量子数，其值称

15、为自旋量子数，其值恒为恒为21se2. 2. 电子自旋与轨道运动的矢量模型电子自旋与轨道运动的矢量模型 价电子绕原子实运动，在固定于电子上的一个坐标系中看价电子绕原子实运动，在固定于电子上的一个坐标系中看是原子实绕电子运动，则电子感受到一个原子实产生的磁场的是原子实绕电子运动，则电子感受到一个原子实产生的磁场的作用，磁场的方向与原子实绕电子的轨道角动量方向（即电子作用，磁场的方向与原子实绕电子的轨道角动量方向（即电子的轨道角动量方向）相同，电子在磁场中作自旋运动，其自旋的轨道角动量方向）相同，电子在磁场中作自旋运动，其自旋取向要量子化取向要量子化lP因为，电子自旋角动量为因为，电子自旋角动量为

16、21 sps电子自旋角动量在电子自旋角动量在“磁场磁场”方向的投影方向的投影为为21smmPs即电子自旋平行或反平行于轨道角动量即电子自旋平行或反平行于轨道角动量(或或磁场磁场)。BelpBspslpBspsspsplplpjpjp时lspp )2(jslslpppslj)( 21lsljjslslpppslj)( 21lslj时lspp ) 1 ( 考虑电子的自旋后，原子中电子轨道角动量与自旋角动量考虑电子的自旋后，原子中电子轨道角动量与自旋角动量将耦合形成原子的总角动量。将耦合形成原子的总角动量。讨论：按玻尔理论讨论：按玻尔理论1, 2 , 1 , 0 ,*1nllllpl轨道角动量：轨道

17、角动量：自旋角动量：自旋角动量：总角动量：总角动量：21 ,*1sssspsslsljjjjpj或 ,*1根据角动量耦合：根据角动量耦合：jlsPpp lpBsjpsplpBsjpsplpspjp按量子力学理论有：按量子力学理论有：（Spin-orbit coupling）所以，原来的一条能所以，原来的一条能级分裂为两条，如下级分裂为两条，如下图所示图所示二二. . 能级分裂的初步解释能级分裂的初步解释按照电磁理论，一个磁性物体在磁场中的能量是按照电磁理论，一个磁性物体在磁场中的能量是 , 为物体的磁矩，为物体的磁矩， 是是 和和 的夹角。的夹角。cosBB考虑到具有自旋磁矩考虑到具有自旋磁矩

18、 电子在轨道运动产生的磁场中的运电子在轨道运动产生的磁场中的运动，所以附加的能量可以表示为动，所以附加的能量可以表示为scosBEsls)21( 0,180 , ) i (0ljEBpplssls，则若)21( 0,0 , )ii(0ljEBpplssls，则若0E21lj21lj)(0lsEE)(0lsEE三三. .电子自旋与轨道相互作用能量的计算电子自旋与轨道相互作用能量的计算cosBEsls（1）Bssmehssmepme7 . 1223) 1(（2）根据比奥.萨伐尔定律204rrlIdBd原子实的有效核电荷原子实的有效核电荷Z*e产生的电流产生的电流I为：为：revZeZI2*其中为其

19、中为圆周运动频率，圆周运动频率，v 是线速度，是线速度，r 是圆半径。电流是圆半径。电流 I 在电子所在处产生的磁场大小为：在电子所在处产生的磁场大小为：sin42*0revZB vmrppmvrll ,sin为波尔磁子B所以，所以，)c1( 14120032*0lprmceZB（3）夹角）夹角的计算的计算由角动量关系由角动量关系 ，得，得jlsPpp cos2222slsljppppp所以所以222cos2jlslspppp p 最后，可得自旋和轨道相互作用产生的附加能量为最后，可得自旋和轨道相互作用产生的附加能量为slsljlsslsppppprpmceZpmeBE2 41 cos2223

20、2*02)(141 22*2*2*32*0sljrmceZmeslppslj2)(2*2*22另外上面的推导是在以电子为静止的坐标系中导出的表达式，另外上面的推导是在以电子为静止的坐标系中导出的表达式，事实上，我们真正有兴趣的是以核为静止的坐标系。按相对论事实上，我们真正有兴趣的是以核为静止的坐标系。按相对论的结论，实际的能量修正还应在上式中乘以的结论，实际的能量修正还应在上式中乘以1/2，即：，即：考虑到考虑到r是是Z*, n, l 的函数，同一轨道上，的函数，同一轨道上，r连续变化，取其平连续变化，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 （精细结构常（精细结构常数）带入，则可以得数）带入，则可以得 32042)4(2hcmeRche02422) 1)(21(2*2*2*34*2sljlllnZRchEls相应地光谱项的改变相应地光谱项的改变2) 1)(21(2*2*2*34*2sljlllnZRhcETlsls22*2*2*slja) 1)(21(34*2lllnZRa对应每一能级对应每一能级n, l相同，相同，s=1/2不变，不变，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，双层能级的间隔，用波数差表示，即为所以，双层能级的间隔，用波数差表示，即为134*221) 1()21(米llnZRlaTTv分析：分析：（1）l = 0, s 态，态，j =1/2，能级不分裂，即只有单层能级；，能级不分裂，即只有单层能级；（2）l =1,2,3,，即，即p, d, f, 态时，有两个态时，有两个j=1/2，对应，对应 双层能级；双层能级；（3）n 相同时，相同时，l 越大，双层能级间的隔越小；越大，双层能级间的隔越小；（4）l 相同时，相同时，n 越大，双层能级的间隔越小。越大，双层能级的间隔越小。例题：例

23、题：l =1,2,3时，对应双层能级的时，对应双层能级的j值和间隔值和间隔( P133，图，图4.12 )由于原子实的轨道角动量、自旋角动量以及总角动量都为由于原子实的轨道角动量、自旋角动量以及总角动量都为零，碱金属原子中只有一个价电子，价电子的所有角动量零，碱金属原子中只有一个价电子，价电子的所有角动量就等于整个原子的角动量，因此用电子的状态来表示原子就等于整个原子的角动量，因此用电子的状态来表示原子的状态（的状态（nlj ），符号表示如下：（），符号表示如下：（P134，表，表4.3）四四. . 碱金属原子态的符号表示碱金属原子态的符号表示电子态的符号表示：电子态的符号表示：nl （l=

24、s, p, d, f, ）例如：例如：1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4d, 4f2. 2. 原子态的表示原子态的表示( (The symbolism for atomic states )：JSL12 轨道量子数轨道量子数, ,用符用符号号S,P,D,FS,P,D,F标记标记总角动量量子数总角动量量子数表示能级的重表示能级的重数数,S,S为总自旋为总自旋角动量量子数角动量量子数1. 1. 电子态的表示电子态的表示（nl）不考虑自旋不考虑自旋轨道相互作用时，碱金属原子的状态取决轨道相互作用时，碱金属原子的状态取决于于nl（称为电子态）（称为电子态），考虑时取决于，考虑时取决于n

25、lj（原子态）（原子态）。4.5 单电子辐射跃迁的选择定则单电子辐射跃迁的选择定则1.1. 选择定则选择定则(Selection Rules)(Selection Rules)单电子原子中能级间发出单电子原子中能级间发出(或吸收或吸收)辐射的跃迁只能在下列条件辐射的跃迁只能在下列条件下发生：下发生：1,0,1jln n不受限制。不受限制。对碱金属原子的几个线系，其主要结果为对碱金属原子的几个线系，其主要结果为(以锂原子为例以锂原子为例)：主线系： snp2212Pn232Pn2122 S第二辅线系： pns2212Sn2322 P2122 P232Pn212Pn2122 S2322 P2122

26、 P212Sn第一辅线系： pnd2232Dn2322 P2122 P252Dn柏格曼线系： dnf3252Fn2523 D2323 D272Fn272Fn252Fn2523 D2323 D252Dn232Dn2322 P2122 P思考：思考：碱金属原子结构类似于氢原子结构，氢原子是碱金属原子结构类似于氢原子结构，氢原子是否也有能级和光谱的精细结构（否也有能级和光谱的精细结构（Fine structures） ？4.6 氢原子光谱的精细结构与蓝姆移动氢原子光谱的精细结构与蓝姆移动一一. . 氢原子能级的精细结构氢原子能级的精细结构 ( Fine structures)氢原子能量氢原子能量能量

27、的主要部分（动能势能）相能量的主要部分（动能势能）相对论效应自旋轨道相互作用对论效应自旋轨道相互作用lsrEEEE0220)(nZhcRE*ZZ为有效电荷为有效电荷对氢原子：对氢原子：1Z根据索末菲推论，根据索末菲推论，nnnsZhcREr431)(342后来，海森伯和约丹按量子力学推得后来，海森伯和约丹按量子力学推得nlnsZhcREr43211)(342sZ 注：注：因实验测定因实验测定的的 与与 不相同，故采用不相同，故采用不同的标记。不同的标记。 ZsZ 为有效电荷为有效电荷2) 1)(21()(2*2*2*342sljlllnsZRchElslsrEEEE0所以，所以，21 ,431

28、1)()(34222ljnlnsZhcRnZhcR21 ,431)()(34222ljnlnsZhcRnZhcR将上式中的将上式中的 l 用各自的用各自的 j 表示，可得表示，可得njnsZhcRnZhcRE43211)()(34222氢原子精细结构能级图：氢原子精细结构能级图：1n2n4n3n2125212323232527212121波尔能级S能级0lP能级1lD能级2lF能级3l结论结论: (1) 氢原子氢原子 S 能级为单层，能级为单层，P，D，F等为双层；等为双层； 21j2/12S212/12P232/32P232/32D2/52D25(2) 原子的能量与量子数原子的能量与量子数

29、n, j有关，有关，n, j相同相同, 能级相同；能级相同；(3) 考虑精细结构后的能级普遍低于波尔理论的能级。考虑精细结构后的能级普遍低于波尔理论的能级。S能级P能级D能级二二. . 氢原子光谱的精细结构氢原子光谱的精细结构(Fine structures of spectra) spectra)根据氢原子的能级结构以及跃迁的选择定则根据氢原子的能级结构以及跃迁的选择定则1, 0, 1jl, 3 , 2 ,122nnRRHHn2/ 32P 氢原子光谱的精细结构氢原子光谱的精细结构例例1 1：赖曼系：赖曼系激发态能级(n1) 基态能级（n=1）跃迁产生1n2n3n21232123玻尔能级21j

30、21212/12S玻尔理论：2/ 12P2325考虑精细结构后：, 3 , 2, 1 2123212,2nSPn每条为双线结构，双线间隔对应P能级间隔2/ 12S2/ 12P2 / 32P2 / 12P2/ 12S2 / 12S2/ 52D2/ 32D2/ 32P例例2 2：巴尔末系：巴尔末系能级(n2) 能级（n=2）跃迁产生, 4 , 3 ,222nnRRHHn波尔理论：2n4n3n波尔能级S能级P能级D能级0l1l2l2II1I2I3I2II3II3II1364. 0cm1036. 0cm三三. . 氢原子光谱精细结构的实验观测氢原子光谱精细结构的实验观测最早，迈克耳孙和莫雷用干涉仪观测

31、了巴尔末系的第一条最早，迈克耳孙和莫雷用干涉仪观测了巴尔末系的第一条线的精细结构，如下图线的精细结构，如下图两高峰间的波长差：A135. 0胡斯登和谢玉铭精密测量了双线I1和2的间隔，其结果仅是理论的96,如下表表4.3 对H精细结构的测量胡 斯 登威 廉德邻握特理 论 值0.3170.320cm-10.3190.3160.3282 I1间隔 实验值比理论均实验值比理论均小了约小了约0.010cm-1图图4.16 4.16 巴尔末线系第一条线的精细结构巴尔末线系第一条线的精细结构四四. . 兰姆移动兰姆移动(Lamb shift)(Lamb shift) 1947年兰姆（Willis Euge

32、ne Lamb） 和李瑟福（Retherford）用射频波谱学方法测得氢原子能级精细结构2 2S1/2比2 2P1/2高出1058兆赫兹，即0.033cm-1（更精密测量结果是1057.770.10兆赫兹）。后人把2 2S1/2较原理论位置升高那么一个数值称为兰姆移动。 进一步的理论研究表明（量子电动力学），兰姆移动是由于电子与其发射的光子之间的相互作用以及所谓的真空极化效应引起。这些作用对S态的影响较大，而对其它态的影响则很小。兰姆移动实验和电子、子的反常磁矩实验一起构成了量子电动力学的三大实验支柱。W. E. W. E. LanmbLanmbThe Nobel Prize in Physi

33、cs 1955The Nobel Prize in Physics 1955 美国著名的物理学家、原子光谱中“兰姆移动”的实验发现者威利斯尤金兰姆(Willis Eugene Lamb)，1913年7月12日生于美国加利福尼亚州的洛杉矾。1930年考进伯克利加利福尼亚大学。1934年获得理学士学位，四年后获得哲学博士学位，那时他是在奥本海默指导下研究理论物理。 兰姆因仰慕当时在哥伦比亚大学放射实验室任职的拉比教授，便于1938年学成后前往哥伦比亚大学，加入该校物理学教师队伍。 1951年至1956年，兰姆教授接受加利福尼亚州斯坦福大学的邀请担任物理学教授，在职期间发明了微波技术，进而研究氢原子

34、到氦原子光谱的精细结构，所得结果与美国物理学家库什（P.Kusch）教授对电子磁矩所作的测定相一致。由于研究光谱精细结构的杰放贡献，兰姆教授与库什教授分享了1955年度诺贝尔物理学奖金。 作业：作业： P143 （ 5，6，7）第四章第四章 小结小结一碱金属原子光谱的特点和规律一碱金属原子光谱的特点和规律1光谱光谱)(1)(1:3 :2 :2 :2 :22nmnmRvdnfpndpnssnp规律的跃迁柏格曼系的跃迁第一辅线系的跃迁第二辅线系的跃迁主线系形成四个强的线系特点 2能级能级nnlnnnRhcE,:)2,:)12规律能级差别较大不同同一特点二原子实极化和轨道贯穿二原子实极化和轨道贯穿三

35、碱金属运原子的光谱和能级精细结构三碱金属运原子的光谱和能级精细结构1光谱光谱 : :)( , :)( , :柏格曼系三线系统第一辅线系不变双线第二辅线系变双线主线系2能级能级: s单层单层 ; p,d,f等为三层等为三层.21s) 1( ssps21zspsspmeu四四(理论解释理论解释)自旋与轨道运动之间的相互作用自旋与轨道运动之间的相互作用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自旋角动量与轨道角动量之间的耦合自旋角动量与轨道角动量之间的耦合(

36、磁相互作用磁相互作用)3自旋与轨道运动之间的相互作用结果自旋与轨道运动之间的相互作用结果4单电子原子的光谱核能级的精细结构单电子原子的光谱核能级的精细结构1)原子态的表示原子态的表示2)能级的精细结构能级的精细结构3)跃迁选择定则跃迁选择定则()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