碱金属原子光谱

[拼音]: jianjinshu Yuanzi guangpu

[外语]：碱金属原子光谱

锂、钠、钾、铷和铯等元素的光谱。这些光谱具有相似的结构，并且谱线被明确地划分为几个线系。通常观察到的有主线系统、第一辅助线系统（漫射线系统）、第二辅助线系统（锐线系统）和伯格曼线系统（基线系统）。图1绘制了锂原子光谱的四线系统。从图中可以看出，主线系统的波长范围最宽，第一条线为红色，其余均为紫外线。线限为229.97nm；第一辅助线位于可见光区域；第一辅助线和第二辅助线位于红外区，其余位于可见光区。这两种线系具有相同的线限，伯格曼线处于红外区，其他碱金属原子也有类似的谱线系，但波长不同。例如，钠主线系统的第一条线就是我们熟悉的黄光，波长为589.3nm。

碱金属原子和氢原子的光谱图案相似，因为它们的原子结构相似。虽然碱金属元素和氢元素的性质有很大不同，但它们都只有一个外层电子，称为价电子。内部填充壳层电子和原子核形成原子固体，价电子位于原子固体的中心势场中。按照锂、钠、钾、铷、铯的顺序，原子中实际电子数分别为2、10、18、36、54、86。价电子所在轨道的主量子数为n ≥2。

碱金属原子的能级公式与氢原子类似：

其中彻_l是量子赤字，它是与角动量量子数l有关的正数，R是碱金属的里德堡持续的。显然，碱金属的能级不仅与n有关，还与l有关。上面的公式也可以写成 Z^* 称为有效核电荷数。以锂为例，四行公式主要是 　 Line 　 Line 　　第一辅助线系统　　第二辅助线系统　 伯格曼线　 其他碱金属原子的线式也类似。图2是锂原子的能级和谱线系统示意图。

当使用分辨率足够的光谱仪器观察碱金属原子的谱线时，会看到它是由两条或三条尖锐的线组成。这称为谱线的对偶结构（或复对偶结构）。 ，有时也称为碱金属原子光谱的精细结构。例如，钠光谱主线的第一条线实际上是由589.0nm和589.6nm两条线组成，平均值为589.3nm。所有碱金属原子的光谱都具有相似的二元结构。

碱金属原子谱线的二元结构是由于电子自旋和轨道运动的相互作用造成的。电子的自旋角动量等于，即自旋量子数s= 1 /2。 And since the electron spin angular momentum can only have two orientations relative to the orbital angular momentum, the total angular momentum quantum number of the electron has only one valence electron outside the full shell.完全填充的情况层的总角动量为零，因此价电子的总角动量等于原子的总角动量。

对应自旋的两个方向，电子自旋与轨道的相互作用导致能级分裂为两个，因此碱金属原子的谱项是双层，对于Л=0,1,2,3 ,... S, P, D, F,... 项由符号 ²S_┩, ²P_┩, ²D崰, ²D_嵻,...表示，其中左上角下标2表示能级数，右下角下标表示j的值。理论计算表明，碱金属原子的双层能级区间可以用波数表示为

其中

其中α是精细结构常数。从上式可以看出，Δ随着n和Л的增大而减小，并随着 n 和 Л 的增加而减小。 Z^* 增加很快，这与实验观察结果一致。

原子光谱是由于电子在不同能级之间的跃迁而产生的。根据辐射跃迁选择规则：ΔЛ=±1，Δj=0，±1。因此，碱金属原子的谱线系统可表示为：

主　线　部门　

第二辅助线系统　

第一辅助线系统　

系伯格曼线格 {IMG_17: Ahr0CDOVL3D3DY5iywl2ZW4UY29TL3VWBG9HhhmvymFPA2UVNS81NTYXMXK4OTMYMZA5MTYUANBN/} 箭头表示两个容量级别之间的过渡，表示为一。谱线。箭头左端代表上能级，其n值在变化；右端代表较低能级，其n值是固定的。例如，对于锂的主线体系，右端应为2²S_┩，即锂的基态n=2；钠的基态n=3。钠原子的能级和跃迁过程如图3所示。

从图中可以看出，主线系统和第二辅线系统由双线组成；第一辅助线系统和伯格曼线系统(未示出)由三条线组成。在碱金属的光谱中，除了锂原子双线之间的距离太小，难以分开外，其他碱金属光谱的双线结构都非常清晰。以碱金属主线系中第一对双线为例，钠、钾、铷、铯的顺序分别为0.6nm、3.4nm、14.7nm、42.2nm。可以看到第一对铷铯双线已经分开很远了。远的。

碱金属光谱的超精细结构可以在原子光谱的超精细结构中看到。