碱金属原子的光谱

关于碱金属原子的光谱第1页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五元素周期表第2页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五

碱金属元素锂钠钾铷铯钫符号LiNaKRbCsFr

原子序数31119375587

特性：化学性质相仿，属于同一族，都是一价，电离电势较小。第3页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五

巴耳末氢原子光谱规律固定项（末态）决定系限动项（初态）H原子：能级光谱项H原子光谱：第4页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五§4.1碱金属原子的光谱一、碱金属原子的光谱各个碱金属原子的光谱具有相似的结构，光谱线也类似于氢原子光谱，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)。第5页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五锂的光谱线系紫外可见红外线系限第6页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五（1）主线系（theprincipalseries）：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thediffuseseries）：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thesharpseries）：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thefundamentalseries）：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。第7页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五碱金属原子的里德伯公式

当时，系限。二、线系公式

有效量子数。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：1．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第8页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五

、和整数之间有一个差值，用表示，

量子数亏损与无关，与有关，大，小，

0、1、2、3……2．量子数亏损3．光谱项第9页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五对一定的l,ml

=0、1、2……l，共2l

+1个值。4．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。

l

=0、1、2、3、4……s、p、d、f、g……碱金属原子的能量与n、l两个量子数有关，表示为。一个n，对应n个能级。而且第10页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五

数据来源电子态n=234567第二辅线系第一辅线系主线系柏格曼线系氢43484.416280.58474.15186.93499.62535.31.5892.5963.5984.5995.5996.57928581.412559.97017.04472.83094.42268.91.9602.9563.9544.9545.9556.95412202.56862.54389.23046.92239.42.9993.9995.0006.0017.0006855.54381.23031.04.0005.00427419.412186.46854.84387.13046.62238.30.400.050.0010.000锂的光谱项值和有效量子数第11页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五表4.1列出了从锂原子的各个线系算出的T、以及，从表中可以看出：(1)一般略小于n

，只有个别例外。(2)同一线系的差不多相同，即l相同的大概相同。(3)不同线系的不同，且l愈大，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。总结以上所述，锂原子的四个线系，可用下列公式表示：第12页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五主线系锂原子光谱线系第二辅线系（锐线系）第一辅线系（漫线系）柏格曼线系

（基线系）第13页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五100002000030000400000spdfH18679610381266707n主线系一辅系二辅系柏格曼系锂原子能级图光谱项值氢原子能级图第14页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五第15页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五对钠原子光谱，也有同样形式的四个线系公式：主线系：

第一辅线系：

第二辅线系：

柏格曼系：

第16页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五总结

谱线特征：1）四套线系（四套动项）；

2）三个终端（三套固定项）；

3）两个量子数（n，l）确定能级。光谱项与氢原子相仿碱金属原子能级氢原子能级

n

很大时

n

相同，l

不同的能级高低差别很大碱金属原子能级n较小时，与氢原子能级相差大。第17页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五

例

Na原子的基态为3S，已知其共振线波长为589.3nm,漫线系第一条的波长为819.3nm,基线系第一条波长为1845.9nm,主线系的系限波长为241.3nm,试求3S、3P、3D、4F各谱项的项值。纠正：习题.2第18页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五主线系共振线为主线系的第一条线（原子从3P3S跃迁）第19页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五第20页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五4.2原子实极化和轨道贯穿

价电子与原子实Li：Z=3=212+1Na：Z=11=2(12+22)+1K：Z=19=2(12+22+22)+1Rb：Z=37=2(12+22+32+22)+1Cs：Z=55=2(12+22+32+32+22)+1Fr：Z=87=2(12+22+32+42+32+22)+1共同之处：最外层只有一个电子价电子其余部分和核形成一个紧固的团体原子实碱金属原子：带一个正电荷的原子实+一个价电子H原子：带一个正电荷的原子核+一个电子首先是基态不同-Li、Na、K、Rb、Cs、Fr的基态依次为：2s、3s、4s、5s、6s、7s。其次是能量不同第21页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五第22页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五第23页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五原子实是一个球形对称的结构，它里边的原子核带有Ze正电荷和（Z-1）e负电荷，在原子最外层运动的价电子好象是处在一个单位正电荷的库仑场中，当价电子运动到靠近原子实时，由于价电子的电场作用，原子实中带正电的原子核与带负电的电子的中心会发生微小的偏移，于是负电的中心不再在原子核上，形成一个电偶极子。这就是原子实的极化。第24页，共28页，2022年，5月20日，14点6分，星期五极化而成的电偶极子的电场又作用于价电子，使它感受到除库仑场以外的另加的吸引力，有效电荷不再为一个单位的正电荷，这就引起能量的降低。对于同一n值，l值较小的轨道是偏心率较大的椭圆轨道，当电子运动到一部分轨道上时，由于离原子实很近，所以引起较强的极化，对能量的影响大；对l值较大的轨道来说，是偏心率不大的轨道，近似为圆形轨道，极化效应弱，所以对能量的影响也小。可以看出，对能级产生影响的除了R值，还有有效电荷，通过前面的学习我们了解到R值是与核的质量联系着的，而原子实极化和轨道贯穿导致了碱金属和氢原子之间有效电荷的差别。当有效电荷代替Z时，我们得到第25页，共28页，2