第四章-碱金属原子和电子自旋

第四章碱金属原子和电子自旋[教学内容]§4.1碱金属原子的光谱．§4.2原子实的极化和轨道的贯穿．§4.3碱金属原子光谱的精细结构．§4.4电子自旋同轨道运动的相互作用．§4.5单电子辐射跃迁的选择定则．[教学重点]碱金属原子光谱;电子自旋;单电子角动量的合成单电子跃迁选择定则原子光谱的精细结构[教学难点]电子自旋与轨道运动的相互作用碱金属原子光谱精细结构分析§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)．

二、线系公式H原子光谱：当时，系限．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2．量子数亏损3．光谱项锂原子的四个线系，可用下列公式表示：

主线系：

第一辅线系：

第二辅线系：柏格曼系：

§4.2原子实的极化和轨道贯穿一、原子实模型二、原子实极化、轨道贯穿三、量子力学定量处理一、原子实模型

内层电子与原子核结合的较紧密，而价电子与核结合的很松，可以把内层电子和原子核看作一个整体称为原子实。价电子绕原子实运动，原子的化学性质及光谱都决定于这个价电子。锂原子的价电子的轨道：n*≥2钠原子的价电子的轨道：n*≥3原子实的有效电荷数：Z*=Z-（Z-1）=1

相当于价电子在n

很大的轨道上运动，价电子与原子实间的作用很弱，原子实电荷对称分布，正负电荷中心重合在一起。有效电荷为+e，价电子好象处在一个单位正电荷的库仑场中运动，与氢原子模型完全相似，所以光谱和能级与氢原子相同。价电子远离原子实运动-e价电子远离原子实1.原子实极化（形成电偶极子），使电子又受到电偶极子的电场的作用，能量降低，同一n值，越小，极化越强。2.轨道贯穿（电子云的弥散），对于那些偏心率很大的轨道，接近原子实的那部分还可能穿入原子实发生轨道贯穿，这时Z*>1,从而使能量降低。3.光谱项为：二、原子实极化、轨道贯穿改写后：所以n*<na非贯穿轨道b贯穿轨道

价电子的轨道运动三、量子力学定量处理远离原子实运动靠近原子实运动能量和光谱项与氢原子的差别（1）能量由（n,

）两个量子数决定，主量子数相同，角量子数不同的能级不相同。各能级均低于氢原子相应能级。（2）对同一n值，不同值的能级，值较大的能级与氢原子的差别较小；对同一值，不同n值的能级，n值较大的能级与氢原子的差别较小。（3）n很大时，能级与氢的很接近，少数光谱线的波数几乎与氢的相同。一、电子自旋角动量和自旋磁矩

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，它们是电子本质所固有的，又称固有矩和固有磁矩。自旋角动量：外场方向投影：

共2个，自旋磁矩：

，()§4.3碱金属原子的精细结构

外场方向投影：共两个偶数,与实验结果相符。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。原子的磁矩=电子轨道运动的磁矩+电子自旋运动磁矩+核磁矩。

个值电子的运动=轨道运动+自旋运动

二、电子的总角动量

轨道角动量：自旋角动量：总角动量：

，

，……当

时，共

个值

当

时，共

时，例如：当由于

当

时，

，一个值。当时，

，两个值。和不是平行或反平行，而是有一定的夹角

时当

时

，

称

和

“平行”当

，称

和

“反平行”slj+=三、自旋—轨道相互作用能

电子由于自旋运动而具有自旋磁矩：具有磁矩的物体在外磁场中具有磁能：电子由于轨道运动而具有磁场：

考虑相对论效应后，再乘以因子

做修正

是一个变量，用平均值代替：

其中：代入整理得：原子的总能量：

时，

时，当三、碱金属原子能级的分裂

，能级分裂为双层当双层能级的间隔：讨论：1．能级由

三个量子数决定，当

时，

，能级不分裂；当

时，

，能级分裂为双层。2．能级分裂的间隔由

决定当

一定时，

大，

小，即当

一定时，

大，

小，即

值较大的能级较高。3．双层能级中，4．碱金属原子态符号：

如5．单电子辐射跃迁的选择定则四、对碱金属光谱精细结构的解释1．主线系：2．第二辅线系：3．第一辅线系：4．基线系：附录资料：不需要的可以自行删除防晒霜生产工艺配方油相

A

硬脂酸5％十八醇2.5％棕榈酸异丙酯1.5％凡士林5％防腐剂适量B石蜡油6％硅油Gy-2603.5％防晒剂POS-21％VE适量ME-40适量水相A钛白粉3.5％丙二醇3％B三乙醇胺1％二氧化钛其透过率小于氧化锌。对紫外线有散射作用,能减小紫外线对人体皮肤的幅射。覆盖力优良,增白皮肤。但涂抹性与透气性均差。加入量大于等于５％时,增白色泽不自然,固选用百分3.5。丙二醇丙二醇在化妆品中作湿润剂、保湿剂。三乙醇胺三乙醇胺在化妆品中还具有中和剂的作用，从而达到增稠和保湿的作用。硬脂酸

硬脂酸用于护肤品中起乳化作用，从而使其变成稳定洁白的膏体。十八醇化妆品中作为基质原料中的乳化剂、增稠剂应用棕榈酸异丙酯具有优良的保湿和滋润皮肤作用。皮肤对本品的吸收性很好，能在皮层内与毛囊有效接触，渗入皮层深处，并将化妆品中的活性组分带入，充分发挥有效成分的作用。作为化妆品溶剂及皮肤保湿剂、渗透剂。凡士林凡士林作为一种传统的化妆品原料,它在皮肤角质层表面形成一种隔离膜,具有防止皮肤表面水份减少的作用,保护皮肤免受外界剌激。因而它是一种极好的保温剂和护肤品。它对皮肤无剌激,无过敏。石蜡油石蜡油又称矿物油，由于矿物油具有低致敏性及不错的封闭性，有阻隔皮肤的水分蒸发的作用，所以常在乳液或乳霜中等护肤品种常被当作顺滑保湿剂来使用。硅油Gy-260硅油可提高膏体的透气性、亮度、涂抹性。ＧＹ一２６０比２０１硅油更理想。与基质配伍性比２０１硅油强。能在膏体表面形成极薄的膜,且不易腐败,因而可适量减少防腐剂用量。并能有助于防晒性的提高。防晒剂POS-2能有效阻挡UVA和UVB。VE维生素E本身是一种很好的抗氧化剂，它可以进入皮肤细胞具有抗自由基链式反应。从理论上优于氧化物歧化酶（SOD），在皮肤应用于预防角质化。vE是保护皮肤不受紫外线损伤和减少皮肤水份损失的活性组分”。ME一40能否得到稳定细腻的膏体,乳化剂是关键,只依靠自生皂化的乳化力是不够的。ME一40(C11H23O2)其用量在0.4一.7%就能得到极好的乳化效果,对膏体色泽无影响。工艺溶解A料溶解B料70-75℃水相升温升温油相加B料80-90℃保温灭菌20分钟降温75℃75℃搅拌加三乙醇胺65℃50-55℃加A料乳化（75