碱金属原子和电子自旋.doc

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．
§4.6氢原子光谱的精细结构与蓝姆移动．

[教学目标]
掌握碱金属原子光谱的规律和碱金属原子结构的特点：原子实的极化和轨道贯穿，会计算量子亏损、光谱项和屏蔽系数．
掌握电子自旋、单价电子总角动量的合成方法和描述电子量子态的四个量子数．
掌握造成碱金属原子能级精细结构的原因，能写出电子自旋与轨道的相互作用能的表达式．
掌握单电子跃迁选择定则，并能画出碱金属原子精细能级跃迁图，解释碱金属原子精细光谱的形成，写出用光谱项符号表示的谱线公式．
掌握氢原子能级的狄拉克公式和光谱的精细结构；了解氢原子能谱的研究进展．

[教学重点]
碱金属原子光谱
电子自旋
单电子角动量的合成
四个量子数
单电子跃迁选择定则
原子光谱的精细结构

[教学难点]
单电子角动量的合成
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
氢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)．

（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．

二、线系公式
H原子光谱：
当时，系限．
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：
碱金属原子的里德伯公式
、：有效量子数．
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
、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……
3．光谱项
，

4．电子状态符号
电子状态用量子数、、描述
对一定的，=0、1、2……-1，共个值．
对一定的，=0、1、2……，共2+1个值．
=0、1、2、3、4……s、p、d、f、g……

表4.1列出了从锂原子的各个线系算出的、以及，从表中可以看出：
(1)一般略小于，只有个别例外．
(2)同一线系的差不多相同，即相同的大概相同．
(3)不同线系的不同，且愈大，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：
主线系：
第一辅线系：
第二辅线系：
柏格曼系：

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：
三、锂原子的能级图

1．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

2．锂原子
基态：2s，第一激发态：2p，
电离电势：第一激发电势：
例：已知钾原子基态为4s，其共振线(主线系第一条谱线)波长为766.5nm，主线系线系限为285.8nm，试求：
(1)4s、4p的量子数亏损、的值．
(2)钾原子的电离能．
解：钾原子主线系的波数公式：

当时，

钾原子的共振线：


基态能量：

§4.2原子实极化和轨道贯穿
[教学目标]
1．了解原子实模型
2．掌握原子实极化、轨道贯穿
3．掌握量子力学定量处理
[教学重点]
1．掌握原子实极化、轨道贯穿
2．掌握量子力学定量处理
[教学难点]
原子实极化、轨道贯穿
[教学方法]
启发讲解与多媒体课件相结合．
[教学过程]
一、直接导入新课
上一节课我们学习了碱金属原子的光谱项和碱金属原子的能量和能级，下面我们继续学习本章的第二节——原子实的极化和轨道贯穿
二、新课教学
1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
2原子实极化、轨道贯穿
(1)原子实极