原子物理学第二章.ppt

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1、第二章第二章 原子的量子态原子的量子态:玻尔模型玻尔模型2-1 2-1 背景知识背景知识2-2 2-2 玻玻尔尔模型模型2-3 2-3 实验验证之一实验验证之一:光谱光谱 2-4 2-4 实验验证之二实验验证之二:夫夫兰兰克克赫赫兹实验兹实验2-5 2-5 玻玻尔尔模型的推广模型的推广2-62-6 玻玻尔尔理理论论的地位的地位 2-1 2-1 背景知识背景知识量子假说根据之一量子假说根据之一:黑体辐射黑体辐射量子假说根据之二量子假说根据之二:光光电电效效应应 光谱光谱2-1-1 2-1-1 量子假说根据之一量子假说根据之一:黑体辐射黑体辐射(1)(1)黑体黑体：对任何波长的入射电磁波都吸对任何

2、波长的入射电磁波都吸 收而无反射的物体。收而无反射的物体。如小孔空腔，太阳，高温炉等如小孔空腔，太阳，高温炉等黑体并不一定是黑色的，黑体黑体并不一定是黑色的，黑体 虽虽无反射无反射,但可以有但可以有辐辐射射热辐射热辐射所所有有物物体体（包包括括黑黑体体）,只只要要温温度度不不为为零零,均均向向外外辐辐射射电电磁波磁波 平衡热辐射平衡热辐射物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量小孔空腔小孔空腔2-1-1 2-1-1 量子假说根据之一量子假说根据之一:黑体辐射黑体辐射(2)(2)黑体辐射本领黑体辐射本领单位时间从单位时间从黑体黑体的单位面积上所发射出去

3、的波长在的单位面积上所发射出去的波长在 附近单位波长范围内的能量附近单位波长范围内的能量大小大小总辐射本领总辐射本领 与与 2-1-1 2-1-1 量子假说根据之一量子假说根据之一:黑体辐射黑体辐射(3)(3)辐射场的辐射场的能量密度能量密度频率频率 附近单位附近单位频率范围内的频率范围内的能量密度能量密度能量密度能量密度黑体辐射本领与黑体辐射本领与辐辐射射场的场的能量密度能量密度小孔小孔小孔小孔(黑体黑体)辐射本领与辐射本领与腔内腔内腔内腔内热平衡热平衡时的时的时的时的辐辐射射场的场的能能能能量密度的关系量密度的关系量密度的关系量密度的关系基尔霍夫定律基尔霍夫定律黑体黑体与辐射达到热平衡时与

4、辐射达到热平衡时,随随 变化曲线的变化曲线的形状与位置只与形状与位置只与T 有关有关,而与而与空腔的空腔的形状及组成的物形状及组成的物质无关质无关黑体辐射本领黑体辐射本领实验曲线实验曲线2-1-1 2-1-1 量子假说根据之一量子假说根据之一:黑体辐射黑体辐射(4)(4)规律：规律：(1)(1)曲线随曲线随T T 的升高而提高的升高而提高(2)(2)曲曲线线随随 连连续续变变化化，每每 条曲线有一峰值条曲线有一峰值 (3)(3)随随T T的的升升高高，峰峰值值波波长长 m m 减小减小黑体的辐射定律黑体的辐射定律维恩位移定律维恩位移定律(电磁理论和电磁理论和热力学理论得到热力学理论得到)斯特藩

5、斯特藩-玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律(电电磁理磁理论论和和热热力学理力学理论论得到得到)=5.67051 10-8 W/m2K4(斯特藩常数斯特藩常数)2-1-1 2-1-1 量子假说根据之一量子假说根据之一:黑体辐射黑体辐射(5)(5)经典物理学所遇到的困难经典物理学所遇到的困难(1)(1)维恩的半经验公式维恩的半经验公式-假设黑体辐射能谱分布类似假设黑体辐射能谱分布类似于麦克斯韦速率分布，推出于麦克斯韦速率分布，推出2-1-1 2-1-1 量子假说根据之一量子假说根据之一:黑体辐射黑体辐射(6)(6)在低频段，维在低频段，维恩线偏离实验恩线偏离实验曲线！曲线！经典物理学所遇到的困难经典物理学所

6、遇到的困难(2)(2)瑞利瑞利金斯公式金斯公式-根据经典的能量均分原理导出根据经典的能量均分原理导出根据经典的能量均分原理导出根据经典的能量均分原理导出 2-1-1 2-1-1 量子假说根据之一量子假说根据之一:黑体辐射黑体辐射(7)(7)在高频段在高频段(紫外区紫外区)与实验明显不符，与实验明显不符，短波极限为无限大短波极限为无限大“紫外灾难紫外灾难”！普朗克公式普朗克公式(1)(1)普朗克的经验公式普朗克的经验公式 构造构造2-1-1 2-1-1 量子假说根据之一量子假说根据之一:黑体辐射黑体辐射(8)(8)该结果与实验该结果与实验结果惊人地相结果惊人地相符符普朗克公式普朗克公式(2)(2

7、)普朗克的能量子假设普朗克的能量子假设腔壁中带电腔壁中带电谐振子谐振子的能量以及它们吸收或辐射的能的能量以及它们吸收或辐射的能量都是量都是量子化量子化的的;频率为频率为 的振子能量只能取的振子能量只能取h 的的整数倍整数倍.h 称为称为能量子能量子普朗克常数普朗克常数普朗克常数普朗克常数对普朗克公式由对普朗克公式由对普朗克公式由对普朗克公式由0 0 积分即得积分即得积分即得积分即得斯特藩斯特藩斯特藩斯特藩-玻耳兹曼玻耳兹曼玻耳兹曼玻耳兹曼定律定律定律定律对对对对普朗克公式求极值，即得维恩位移定律普朗克公式求极值，即得维恩位移定律普朗克公式求极值，即得维恩位移定律普朗克公式求极值，即得维恩位移定

8、律2-1-1 2-1-1 量子假说根据之一量子假说根据之一:黑体辐射黑体辐射(9)(9)2-1-2 2-1-2 量子假说根据之二量子假说根据之二:光光电电效效应应(1)(1)光电效应光电效应金属在光的照射下发射电子的现象金属在光的照射下发射电子的现象.所发射的电子所发射的电子称为称为光电子光电子实验装置实验装置GD为为光电管光电管，光通过石英窗口照射光通过石英窗口照射阴极阴极K，光电子光电子从阴极从阴极表面逸出。表面逸出。光电子在光电子在电场电场加速下向加速下向阳极阳极A A运动，形成运动，形成光电流光电流。2-1-2 2-1-2 量子假说根据之二量子假说根据之二:光光电电效效应应(2)(2)

9、实验规律实验规律(1)(1)饱和电流饱和电流与与入射光强入射光强成正比成正比 单位时间内，阴极溢出的单位时间内，阴极溢出的光电子数光电子数与入射光强成正与入射光强成正比比光强较强光强较强光强较强光强较强光强较弱光强较弱饱和饱和电流电流截止截止电压电压2-1-2 2-1-2 量子假说根据之二量子假说根据之二:光光电电效效应应(3)(3)实验规律实验规律(2)(2)加反向电压至加反向电压至Ua(截止电压截止电压)时时光电流光电流为零为零光电子溢出时有光电子溢出时有最大初动能最大初动能.能量关系满足能量关系满足截止电压和截止电压和入射光频率入射光频率成线性关系成线性关系(1)最大动能与入射光频率成线

10、最大动能与入射光频率成线最大动能与入射光频率成线最大动能与入射光频率成线性关系，而与入射光强无关性关系，而与入射光强无关性关系，而与入射光强无关性关系，而与入射光强无关实验规律实验规律(3)(3)截止电压和截止电压和截止电压和截止电压和入射光频率入射光频率入射光频率入射光频率成线性关系成线性关系成线性关系成线性关系(1)(1)光电子是光电子是即时发射即时发射的，无论光强如何，的，无论光强如何，弛豫时间弛豫时间不不超过超过10-9s2-1-2 2-1-2 量子假说根据之二量子假说根据之二:光光电电效效应应(4)(4)存在截止频率存在截止频率存在截止频率存在截止频率(红限红限红限红限)红限红限红限

11、红限光波动理论的缺陷光波动理论的缺陷(1)(1)金属中电子吸收光能逸出金属中电子吸收光能逸出金属中电子吸收光能逸出金属中电子吸收光能逸出,其初动能决定于其初动能决定于其初动能决定于其初动能决定于光振动光振动光振动光振动振幅振幅振幅振幅,即由即由即由即由光强光强光强光强决定决定决定决定 实验结果实验结果 初动能与入射光频率相关，而与入射光强无关初动能与入射光频率相关，而与入射光强无关初动能与入射光频率相关，而与入射光强无关初动能与入射光频率相关，而与入射光强无关光强能量足够，光电效应对各种频率的光都会发生光强能量足够，光电效应对各种频率的光都会发生光强能量足够，光电效应对各种频率的光都会发生光强

12、能量足够，光电效应对各种频率的光都会发生 实验结果实验结果 存在截止频率存在截止频率存在截止频率存在截止频率(红限红限红限红限)2-1-2 2-1-2 量子假说根据之二量子假说根据之二:光光电电效效应应(5)(5)光波动理论的缺陷光波动理论的缺陷(2)(2)电子吸收光波能量只有到一定量值时，才会从金属电子吸收光波能量只有到一定量值时，才会从金属中逸出中逸出 实验结果 光电子是即时发射的光电子是即时发射的爱因斯坦光子理论爱因斯坦光子理论(1)光子假说光子假说 一束光就是一束以光速运动的一束光就是一束以光速运动的粒子流粒子流，这些粒子，这些粒子 称称 为为光子光子。频率为。频率为 的光的每一光子具

13、有的光的每一光子具有能量能量h 2-1-2 2-1-2 量子假说根据之二量子假说根据之二:光光电电效效应应(6)(6)爱因斯坦光子理论爱因斯坦光子理论(2)光电效应方程光电效应方程 一个电子吸收一个光子，由能量守恒有一个电子吸收一个光子，由能量守恒有一个电子吸收一个光子，由能量守恒有一个电子吸收一个光子，由能量守恒有2-1-2 2-1-2 量子假说根据之二量子假说根据之二:光光电电效效应应(7)(7)光子能量光子能量逸出功逸出功光电效应的解释光电效应的解释光强大光强大 光子数光子数多多 单位时间内释放的光单位时间内释放的光电子数电子数多多光电流大光电流大光电子光电子动能动能与与光频率光频率成成

14、线性关系线性关系 A/h 才产生光电效应，即存在截止频率才产生光电效应，即存在截止频率(红限红限)光子能量一次地被一个电子吸收，不需要积光子能量一次地被一个电子吸收，不需要积光子能量一次地被一个电子吸收，不需要积光子能量一次地被一个电子吸收，不需要积累能量的累能量的累能量的累能量的时间时间时间时间2-1-2 2-1-2 量子假说根据之二量子假说根据之二:光光电电效效应应(8)(8)2-1-3 2-1-3 光谱光谱(1)(1)原子光谱原子光谱 原子发射的原子发射的电磁辐射电磁辐射的的强度强度I 随波长随波长 （或（或波波 数数 ）的分布）的分布 光谱用光谱用光谱仪光谱仪测量测量不同的不同的光源光

15、源有不同的光谱有不同的光谱.氢灯氢灯作光源得到作光源得到氢光谱氢光谱65636563A A48614861A A43414341A A41024102A A3646A氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律(1)(1)里德伯公式里德伯公式:氢原子光原子光谱的的经验公式经验公式2-1-3 2-1-3 光谱光谱(2)(2)不同的不同的n对应对应不同的不同的谱系谱系；当；当n一定时，每一一定时，每一n值值对应对应于于一条一条谱线谱线RH=1.096776107m-1里德伯常量里德伯常量光光谱项 波数波数表为表为光光谱项之之差差-组合原理合原理氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律(2)(2)不同的

16、不同的n对应对应不同的不同的谱系谱系；当；当n一定时，每一一定时，每一n值值对应于对应于一条一条谱线谱线2-1-3 2-1-3 光谱光谱(2)(2)n=1,n=2,3,赖曼赖曼系系,紫外区紫外区n=2,n=3,4,巴尔末系巴尔末系,可见光区可见光区n=3,n=4,5,帕邢系帕邢系,红外区红外区n=4,n=5,6,布喇开布喇开系系,红外区红外区n=5,n=6,7,普丰特普丰特系系,红外区红外区n=6,n=7,8,哈菲莱系哈菲莱系,红外区红外区2-2 2-2 玻玻尔尔模型模型经典轨道加定态条件经典轨道加定态条件频率条件频率条件角动量量子化角动量量子化 数值计算法数值计算法2-2-1 2-2-1 经

17、典轨道加定态条件经典轨道加定态条件(1)(1)定态条件定态条件(1)(1)原子系统只能处在一系列具有原子系统只能处在一系列具有不连续能量不连续能量的稳定状的稳定状态态(定态定态)。定态时核外电子在一定的轨道。定态时核外电子在一定的轨道(经典轨道经典轨道)上作上作圆周运动圆周运动，但，但不发射电磁波不发射电磁波.运动固定2-2-1 2-2-1 经典轨道加定态条件经典轨道加定态条件(2)(2)定态条件定态条件(2)(2)电子作圆周运动的电子作圆周运动的频率频率2-2-2 2-2-2 频率条件频率条件当原子从一个能量为当原子从一个能量为 En 的定态轨道的定态轨道跃迁跃迁到到 另一个能量为另一个能量

18、为 En 的定态轨道时，就要的定态轨道时，就要发射发射(或或吸收吸收)一个频率为一个频率为 的的光子光子轨道半径道半径量子化量子化2-2-3 2-2-3 角动量量子化角动量量子化(1)(1)对应原理对应原理内容之一内容之一在在原子范畴原子范畴内的现象与内的现象与宏观范围宏观范围内的现象可以各自内的现象可以各自遵循遵循本范围内的规律本范围内的规律,但当把但当把微观微观范围内的规律范围内的规律延延伸伸到到经典经典范围时范围时,则它所得到的数值结果应该则它所得到的数值结果应该与经与经典典规律所得到的规律所得到的相一致相一致.对应原理对应原理角动量量子化条件角动量量子化条件(1)(1)2-2-3 2-

19、2-3 角动量量子化角动量量子化(2)(2)对应原理对应原理角动量量子化条件角动量量子化条件(2)(2)n,n n=1 对应原理对应原理2-2-3 2-2-3 角动量量子化角动量量子化(3)(3)对应原理对应原理角动量量子化条件角动量量子化条件(3)(3)2-2-3 2-2-3 角动量量子化角动量量子化(4)(4)对应原理对应原理角动量量子化条件角动量量子化条件(4)(4)对应原理对应原理内容之二内容之二以上公式推导含假设以上公式推导含假设 n 很大很大.但我们假定以上公式但我们假定以上公式对对所有所有n都成立都成立.角动量量子化条件角动量量子化条件2-2-4 2-2-4 数值计算法数值计算法

20、(1)(1)组合常数氢原子光谱的氢原子光谱的第一第一玻玻尔尔半径半径2-2-4 2-2-4 数值计算法数值计算法(2)(2)氢原子能量氢原子能量精细结构常数2-2-4 2-2-4 数值计算法数值计算法(3)(3)氢原子基态能量氢原子基态能量氢原子电离能氢原子电离能定义氢原子基态能量为零定义氢原子基态能量为零2-2-4 2-2-4 数值计算法数值计算法(4)(4)玻玻尔尔第一速度第一速度里德伯常量里德伯常量波数波数相对论效应可以忽略光子的能量2-3 2-3 实验验证之一实验验证之一:光谱光谱氢光谱氢光谱类氢光谱类氢光谱氘的存在氘的存在2-3-1 2-3-1 氢光谱氢光谱(1)(1)里德伯常量里德

21、伯常量(1)误差误差超过万分之五超过万分之五;而而实验误差实验误差仅为万分之一仅为万分之一原因在于原因在于理论假设理论假设氢核静止氢核静止;而实际为而实际为二体问题二体问题.理论值理论值实验值实验值氢核与电子氢核与电子共同运动共同运动2-3-1 2-3-1 氢光谱氢光谱(2)(2)里德伯常量里德伯常量(2)二体问题等价为一体问题二体问题等价为一体问题e,mep,Mre,r固定折合质量运动运动运动p,M2-3-1 2-3-1 氢光谱氢光谱(3)(3)里德伯常量里德伯常量(3)实验值理论值符合2-3-1 2-3-1 氢光谱氢光谱(4)(4)量子数量子数跃迁跃迁初态初态量子数量子数跃迁跃迁末态末态量

22、子数量子数2-3-1 2-3-1 氢光谱氢光谱(5)(5)氢原子能级图氢原子能级图量子态量子态能量或轨道的图解表示能量或轨道的图解表示氢原子能级与氢原子能级与发射光谱发射光谱电子轨道电子轨道能级能级基态基态激激发发态态-13.6-3.39-1.510En/eV-0.8521342-3-2 2-3-2 类氢光谱类氢光谱(1)(1)类氢离子类氢离子:核外只有一个电子的核外只有一个电子的离子离子类氢离子的波数类氢离子的波数(1)(1)2-3-2 2-3-2 类氢光谱类氢光谱(2)(2)类氢离子的波数类氢离子的波数(2)(2)He+的毕克林系毕克林系:Z=2,M=MHe+,n=4 解释了实验发解释了实

23、验发解释了实验发解释了实验发现的现的现的现的毕克林系毕克林系毕克林系毕克林系巴尔末系巴尔末系2-3-2 2-3-2 类氢光谱类氢光谱(3)(3)氘的存在氘的存在 氘氘 与实验结果符合与实验结果符合,证实了证实了氘的存在氘的存在实实验验值值:(n=3n=2),6562.79,6561.00,1.792-4 2-4 实验验证之二实验验证之二:夫夫兰兰克克赫赫兹实验兹实验基本想法基本想法夫夫兰兰克克赫赫兹实验兹实验 2-4-1 2-4-1 基本想法基本想法(1)(1)电子电子e 轰击原子轰击原子A 实验实验(1)(1)反应式反应式：如如原原子子A的的激激发发态态(能能级级)为为分分立立量量子子态态(

24、能能级级),e 的的能能量量(动动能能)只只有有高高于于A 的的最最低低激激发发能能,才才可可将将其其能能量量传传给给A,使使其其激激发发成成 ,此此时时可可预预期期e的动能会的动能会突然减小突然减小。原子原子激发态激发态2-4-1 2-4-1 基本想法基本想法(2)(2)电子电子e 轰击原子轰击原子A 实验实验(2)(2)设设A原子在碰前静止原子在碰前静止 激发原子能激发原子能2-4-22-4-2 夫夫兰兰克克赫赫兹实验兹实验(1)(1)实验装置实验装置玻璃容器玻璃容器:待测气体待测气体;阴极阴极K:发射电子发射电子;K与与栅栅极极G:加速电子加速电子;G与与接受接受极极A:-0.5V反向电

25、压反向电压;实验原理实验原理 电子电子在在KG加速进入加速进入GA.电子能量大电子能量大到到达达A,电流计电流计有电流有电流;电电子能量小子能量小不能到达不能到达A,电流计无电流电流计无电流2-4-22-4-2 夫夫兰兰克克赫赫兹实验兹实验(2)(2)实验结果实验结果汞蒸汽汞蒸汽A极电流极电流I 随随KG电压电压U 变化曲线变化曲线KGKG电压电压 A A极电流极电流,出现峰谷出现峰谷(间距间距:4.9:4.9eVeV).).KGKG电压为电压为4.9eV的正数倍时的正数倍时,电流电流突然下降突然下降.2-4-22-4-2 夫夫兰兰克克赫赫兹实验兹实验(3)(3)实验解释实验解释KG电压电压U

26、 4.9eV:电子电子电子电子与与汞原子汞原子弹性弹性碰撞碰撞,U 电电电电子能量子能量子能量子能量 I I U=4.9eV:电子电子电子电子与与汞原子汞原子非弹性非弹性碰撞碰撞,一个一个汞原子汞原子从从E1态态激发激发到到E2态态.电子能量电子能量电子能量电子能量 I I 4.9eV U 2*4.9eV;电子电子电子电子与与汞原子汞原子弹性弹性碰撞碰撞,U 电子能量电子能量电子能量电子能量 I I U=2*4.9eV:电子电子电子电子与第二个与第二个汞原子汞原子非弹性非弹性碰撞碰撞,又一又一个个汞原子汞原子从从E1态态激发激发到到E2态态.电子能量电子能量电子能量电子能量 I I 汞原子汞原

27、子存在一个存在一个能能量量为为4.9eV的量子态的量子态2-5 2-5 玻玻尔尔模型的推广模型的推广相对论修正相对论修正 碱金属原子光谱碱金属原子光谱 2-5-1 2-5-1 相对论修正相对论修正(1)(1)相对论质量相对论质量相对论动能相对论动能2-5-1 2-5-1 相对论修正相对论修正(2)(2)相对论对类氢原子圆周轨道运动能量的修正相对论对类氢原子圆周轨道运动能量的修正(1)(1)2-5-1 2-5-1 相对论修正相对论修正(3)(3)相对论对类氢原子圆周轨道运动能量的修正相对论对类氢原子圆周轨道运动能量的修正(2)(2)2-5-1 2-5-1 相对论修正相对论修正(4)(4)相对论对

28、类氢原子圆周轨道运动能量的修正相对论对类氢原子圆周轨道运动能量的修正(3)(3)玻玻尔尔理论理论相对论修正相对论修正2-5-2 2-5-2 碱金属原子光谱碱金属原子光谱(1)(1)量子力学回顾量子力学回顾(1)微观系统微观系统(氢氢原子原子)用用量子力学量子力学描述描述物理物理状态状态用用波函数波函数描写描写氢原子氢原子波函数波函数:波函数波函数可用可用量子数量子数描述描述.描述描述氢原子氢原子波函数的波函数的量子数量子数:与波函数对应的物理状态的与波函数对应的物理状态的能量能量,角动量角动量及及角动量分量角动量分量也由也由量子数量子数决定决定(1)与与氢原子氢原子 对应的对应的能量能量(量子

29、化量子化,与与玻玻尔尔一致一致)主量子数主量子数主量子数主量子数角角量子数量子数量子数量子数磁磁量子数量子数量子数量子数2-5-2 2-5-2 碱金属原子光谱碱金属原子光谱(2)(2)量子力学回顾量子力学回顾(2)与波函数对应的物理状态的与波函数对应的物理状态的能量能量,角动量角动量及及角动量角动量分量分量也由也由量子数量子数决定决定(2)与与氢原子氢原子 对应的对应的角动量角动量(量子化量子化)对一定的对一定的 n值值,l 有有n个可能取值个可能取值 与与氢原子氢原子 对应的对应的角动量分量角动量分量(量子化量子化)对一定的对一定的 l 值，值，ml 有有(2 l+1)个可能取值个可能取值2

30、-5-2 2-5-2 碱金属原子光谱碱金属原子光谱(3)(3)量子力学回顾量子力学回顾(3)能级简并能级简并 同一能量值对应大于或等于两个波函数同一能量值对应大于或等于两个波函数 氢原子氢原子能级能级简并度简并度:原子、电子状态原子、电子状态符号符号(1)(1)单电子原子单电子原子:原子状态符号原子状态符号=电子状态符号电子状态符号2-5-2 2-5-2 碱金属原子光谱碱金属原子光谱(4)(4)量子力学回顾量子力学回顾(4)原子、电子状态符号原子、电子状态符号(2)(2)电子电子角动量角动量:电子状态电子状态:nl.例如例如:原子原子角动量角动量:单电子原子状态单电子原子状态:nL 例如例如:

31、2-5-2 2-5-2 碱金属原子光谱碱金属原子光谱(5)(5)碱金属原子碱金属原子周期表中第一族周期表中第一族 Li,Na,K,Rb,Cs,Fr最外层轨道只有一个电子最外层轨道只有一个电子.称为称为价电子价电子碱金属原子碱金属原子LiLi的光谱，的光谱，LiLi的光谱的光谱能级图能级图 LiLi的光谱的光谱LiLi的能级图的能级图定项定项：末态：末态2-5-2 2-5-2 碱金属原子光谱碱金属原子光谱(6)(6)理解能级图（理解能级图（1 1）组合原理合原理:波数波数表为表为光光谱项之之差差不同的不同的不同的不同的n n对应对应对应对应不同的不同的不同的不同的谱系谱系谱系谱系；当；当；当；当

32、n n一定时，每一一定时，每一一定时，每一一定时，每一nn值值值值对对对对应于应于应于应于一条一条一条一条谱线谱线谱线谱线定项定项：末态：末态动项动项：初态：初态2-5-2 2-5-2 碱金属原子光谱碱金属原子光谱(7)(7)理解能级图（理解能级图（2 2）能级图特征能级图特征 四组谱线：每一组初始位置不同四组谱线：每一组初始位置不同四套动项四套动项 三个终端三个终端三三套固定项套固定项 两个量子数：两个量子数：主量子数主量子数n,轨道角动量量子数轨道角动量量子数l 一条规则：能级跃迁的一条规则：能级跃迁的选择定则：选择定则：两能级两能级轨道轨道角动量量子数之差满足角动量量子数之差满足2-5-

33、2 2-5-2 碱金属原子光谱碱金属原子光谱(8)(8)理解能级图（理解能级图（3 3）能级按能级按l 值分类值分类：同一列能级，：同一列能级，l 值相同值相同主线系：主线系：nP 2S锐线系：锐线系：nS 2P（第二辅第二辅线系线系）漫线系：漫线系：nD 2P（第一辅第一辅线系线系）基线系：基线系：nF 3D（柏格蔓线系柏格蔓线系）2-5-2 2-5-2 碱金属原子光谱碱金属原子光谱(9)(9)碱金属原子能级与氢原子能级的差别碱金属原子能级与氢原子能级的差别(1)(1)氢原子氢原子波函数（状态波函数（状态):氢原子能级氢原子能级:氢原子能级对氢原子能级对l 简并简并:的能级相同的能级相同 碱

34、金属碱金属原子原子波函数（状态波函数（状态):碱金属碱金属原子能级原子能级:碱金属碱金属原子能级对原子能级对l 不不简并简并:的能级的能级不不相同相同2-5-2 2-5-2 碱金属原子光谱碱金属原子光谱(10)(10)碱金属原子能级与氢原子能级的差别碱金属原子能级与氢原子能级的差别(2)(2)碱金属原子结构：碱金属原子结构：碱金属原子碱金属原子=价电子价电子+原子实原子实(核核+内层电子）内层电子）n 一定一定,l 较大较大 价电子价电子 与与 原子实远原子实远,价电子价电子 对对 原原子实的影响小子实的影响小,类似氢原子类似氢原子.n 一定一定,l 较小较小 价电子价电子 与与 原子实近原子

35、实近,价电子价电子 对对 原原子实的影响大子实的影响大(轨道贯穿轨道贯穿,原子实极化原子实极化),),与与氢原子有氢原子有差别差别.原子实-e2-5-2 2-5-2 碱金属原子光谱碱金属原子光谱(11)(11)碱金属原子能级与氢原子能级的差别碱金属原子能级与氢原子能级的差别(3)(3)轨道贯穿轨道贯穿 l 较小较小,价电子价电子轨道轨道在在原原子实中子实中贯穿贯穿,从而从而降低了降低了价价电子的能量电子的能量.2-5-2 2-5-2 碱金属原子光谱碱金属原子光谱(12)(12)碱金属原子能级与氢原子能级的差别碱金属原子能级与氢原子能级的差别(4)(4)原子实极化原子实极化l 较小较小,价电子靠

36、价电子靠近近原子实原子实,使其正使其正,负点部分重心分负点部分重心分离离,产生电偶极矩产生电偶极矩,对价电子吸引，降对价电子吸引，降低了价电子能量。低了价电子能量。原子实极化，轨道贯穿原子实极化，轨道贯穿解释了碱金属原子能级解释了碱金属原子能级与氢原子能级的差别与氢原子能级的差别2-5-2 2-5-2 碱金属原子光谱碱金属原子光谱(13)(13)碱金属原子光谱项（能级）碱金属原子光谱项（能级）组合原理合原理:波数波数表为表为光光谱项之之差差氢氢原原子：子：碱金属原子：碱金属原子：量子亏损，量子亏损，有数据表可查有数据表可查2-62-6 玻玻尔尔理理论论的地位的地位成就：成就：氢光谱规律，量子态，量子跃迁氢光谱规律，量子态，量子跃迁困难：困难：（1 1）光谱线强度，宽度，偏振）光谱线强度，宽度，偏振 （2 2）多电子原子光谱；）多电子原子光谱；（3 3）选择定则。）选择定则。