中科大原子物理第四章 单电子原子的能级和光谱(甲型)-2011.ppt

文档介绍：第四章单电子原子的能级和光谱
单电子原子光谱的精细结构
电子的自旋
自旋-轨道相互作用
外磁场中的原子与塞曼效应
氢原子光谱的精细结构计算
§ 单电子原子的光谱
单电子原子

核外只有1个电子,电子轨道运动的波函数可以求得,原子状态由量子数n、l、ml描述
原子的能量由主量子数n决定;电子轨道运动角动量由量子数l决定;电子轨道角动量在z方向的分量有确定的数值,由量子数ml决定
+Ze
-e
r
氢原子、类氢离子的能级和光谱
只与主量子数n有关
n=1
n=2
n=3
n=4
n=5
光谱学
符号
Hα线
电子轨道符号
能级
量子态
单电子原子的原子实
单电子原子:3Li, 11Na, 19K, 37Rb, 87Cs, 87Fr等,即碱金属原子,容易成为+1价离子,只有一个价电子,其余电子较稳定,状态不易变化
原子核与除价电子之外的电子形成原子实
原子实是相对稳定的结构,不容易被激发
原子实的有效电荷数为Z*=+1,从这一点看,单电子原子的结构与氢原子类似
+Ze
-e
r
原子实的极化与轨道贯穿
受到价电子的作用,原子实正负电荷中心分离,成为电偶极子,原子实极化,导致系统能量降低
价电子可以进入原子实内部,轨道贯穿,对价电子而言,有效电荷数增大,导致系统能量降低
价电子轨道不同,能量降低幅度也不同
原子实的极化
轨道贯穿
l=2
l=1
l=1
能量简并解除
原子的能量与价电子到核的距离有关
原子的能量应当与量子数n、l有关
n=1
n=2
n=3
n=4
n=5
l=1
l=0
l=1
l=0
l=2
l=0
l=2
l=3
l=0
l=3
l=4
l=0
1s
2s
3s
4s
5s
2p
3p
4p
5p
3d
4d
5d
4f
5f
5g
碱金属原子
氢原子
有效电荷数与有效量子数
原子实的极化与轨道贯穿,总的效果相当于原子实的有效电荷数Z*≠1
实际的有效电荷数表示为Z*=Z+ΔZ
相应的光谱项为
也可以用有效量子数n*=n-Δn表示
Δn表示对量子数的修正值,也称作量子数亏损
锂原子的光谱
按组合法则
将光谱线分类
实验测得的锂原子光谱线
碱金属原子的4个光谱线系
主线系(Principal series)
np → 2s
锐线系(Sharp series),或第二辅线系(second subordinate series)
ns→2p
漫线系(Diffuse series),或第一辅线系(first subordinate series)
nd → 2p
基线系(Fundamental series),或柏格曼线系(Bergmann series)
nf→ 3d

40000
30000
20000
10000
0



2
3
4
5
柏格曼系
一辅系
主线系
2
3
4
5
6
7
∞
二辅系
光谱项值
锂原子能级图
cm-1
S
P
D
F
G
2s
2p
3d