原子的精細結構電子的自旋(編輯修改稿)
2024-07-23 08:23 本頁面
【文章內容簡介】 ：電子的自旋和軌道運動相互耦合的總角動量可表示為：按矢量合成法則有：須注意的是，并非按上式求出的J都合乎要求。量子數(shù)的取值由角量子數(shù)與自旋量子數(shù)決定，最大值是（＋），最小值是。量子力學可證明，可能的取值是：由此得：。所以，總角動量可表示為：量子化的的大小分別為：*單電子的g因子表達式167。44堿金屬雙線（堿金屬原子的光譜）角量子數(shù)對應的電子態(tài)用小寫字母表示。如果不考慮原子內部電子的運動，可用價電子的運動狀態(tài)表示整個原子的狀態(tài)，習慣上用大寫字母表示與對應的原子態(tài)。在這些字母前可寫上主量子數(shù)的數(shù)值。如表示的原子態(tài)或原子能級。原子態(tài)常用表示方法（以為例）：的數(shù)值在右下角（對多電子原子取值）；左上角表示，對多電子原子取。由于單電子的，因而，代表雙重態(tài)。堿金屬元素的原子光譜結構相似，一般觀察到的4個線系為主線系、漫線系（第一輔線系）、銳線系（第二輔線系）和基線系（柏格曼系）。從鋰的光譜線系分析，主線系的波長范圍最廣，第一條是紅的，其余在紫外區(qū)；漫線系在可見光區(qū)；銳線系第一條在紅外區(qū)，其余在可見光區(qū)；基線系在紅外區(qū)。其它堿金屬元素有相仿的光譜系，只是不同。（以鋰的原子能級圖為例）1）有4組初始位置不同的譜線，但有3個終端，表明有4套動項和3套固定項；2）與主量子數(shù)和角量子有關（氫原子能級只與n有關）；3）能級躍遷的選擇定則：只有當時，兩能級間的躍遷才是允許的。里德伯提出堿金屬原子光譜的波數(shù)：式中是線系限的波數(shù)。但從實驗數(shù)據(jù)計算得到的量子數(shù)不是整數(shù)（堿金屬與氫不同之處），而要減去一個與角量子數(shù)有關的很小的改正數(shù)，改寫后n仍為整數(shù)。堿金屬原子的光譜項：堿金屬原子的能級：（解釋堿金屬原子能級與氫原子能級的差別） 堿金屬元素Li、Na、K、Rb、Cs、Fr都是多電子原子，在元素周期表中屬同一族，具有相同的化學性質，都是一價的，易失去外層電子而成為正離子，可要使之再次電離卻很困難。一次電離電勢約50V，二次電離卻要大得多。堿金屬原子與氫原子的光譜公式相仿。n很大時，兩者的能級很接近；當n小時兩者的差別較大，由此可設想它們的光譜也是由于單電子的活動產(chǎn)生的。堿金屬的Z可按一定的規(guī)律排列成整齊的形式，說明原子中電子的組合有一定規(guī)，即在一個完整的結構之外多余一個電子，而這個完整的結構稱為原子實，原子實外面的那個電子稱價電子。價電子在較大的軌道上運動，極易脫離原子實。它可從最小軌道（不是原子中的最小軌道）被激發(fā)到高能軌道，或從高能軌道躍遷到低能軌道發(fā)出輻射。堿金屬原子由原子實和價電子構成，有兩種情況是氫原子所沒有的。這就是原子實的極化和軌道貫穿。原子實的極化和軌道貫穿理論能很好地解釋堿金屬原子能級同氫原子能級的差別。1）原子實的極化 原子實的結構是球形對稱的，價電子接近原子實時，吸引原子實的正電荷排斥負電荷，致使原子實的正負電荷中心發(fā)生微小的相對位移而不再重合，形成一個電偶極子，這就是原子實的極化。偶極矩總指向價電子，所以偶極矩的電場總是吸引價電子，因此，價電子受原子實電場和原子實極化產(chǎn)生的偶極矩的共同作用，此時價電子的勢能為，顯然，價電子的能量降低了。2）軌道貫穿價電子的部分軌道穿入原子實稱軌道貫穿。未發(fā)生軌道貫穿時，原子實的有效電荷數(shù)是1，原子的能級與氫原子能級很接近；價電子處在軌道貫
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