原子分子光谱第三次20121019.ppt
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1、1,原子分子光谱 郭福明 原子与分子物理研究所 ,13514412463,2,LS谱项:,1.由Pauli不相容原理,任意两电子的(n、l、ml、ms)不能完全相同, 同科电子允许的谱项只能是L+S为偶数的项。 2.对于闭壳层电子,总的轨道角动量、总自旋角动量及总角动量均为 零,所以闭壳层电子对光谱项中的L、S、J没用贡献,所以我们只需 考虑非闭壳层即可,nlm与nl2(2l+1)-m允许谱项相同。 。,回顾,3,实例:,回顾,4,LS耦合下的能级结构:,在LS耦合下pd组态能级结构与各种相互作用,回顾,5,辐射跃迁的选择则: 发出辐射或吸收辐射的跃迁只能在下列条件下发生:,回顾,6,多电子
2、原子的磁矩,回顾,7,在外磁场中,原子由于具有总磁矩j,而产生与磁场的附加的相互作用能:,由于总角动量j的空间取向量子化 (mj=-j,-j+1,j),磁场作用下的附加能量不同,引起能级分裂。劈裂的能级个数为2j+1。,回顾,跃迁选择定则: M=0,1,8,回顾,9,2.5 外场影响,2.5.2 外电场影响:斯塔克效应(Stark effect ),2.5.1 外磁场影响:赛曼效应,J能级劈裂为2J+1个能级,在外电场中,电场使原子正负电荷中心分开,原子产生诱导偶极矩,该诱导偶极矩与电场的相互作用使原子能级J发生劈裂和移动,这种现象就是斯塔克效应。 电相互作用,只与电子位置相关,|MJ|相同的
3、电子只是运动方向不同,能量仍相同。,10,钠D线的斯 塔克效应,11,2.6 超精细结构,2.6.1 磁超精细结构(核自旋效应) 由于原子核有自旋,所以类似于电子的旋轨相互作用带来能级的精细结构,核磁矩与电子轨道磁场间相互作用,引起超精细能级分裂。,原子核感受到的磁场:,核磁矩与磁场的相互作用能:,原子总角动量F,12,跃迁选择定则: F=0,1,13,14,2.6.2 电超精细结构(核电四极矩效应) 由于多数原子核电荷的非球型分布,使得核与电子间的电相互作用除了球对称的部分外,还包括电四极矩的作用,这部分引起超精细能级结构。,15,2.7 超精细结构能级在外场中的劈裂 由于原子核自旋带来原子
4、的磁超精细能级结构,在考虑核角动量的情况下,原子的总磁矩(相应于总角动量)与外磁场间存在新的附加相互作用能(类似于塞曼效应),带来超精细能级F的进一步劈裂。,16,2.8 同位素效应 由于原子同位素的存在,同种元素的不同同位素原子核质量不同,造成实验观察到各种同位素谱线波长十分接近但又存在差别,这就是同位素效应带来的超精细结构。,如:氢的线H为656.28nm, 而氘的线D为656.10nm,17,多电子原子LS耦合跃迁选择定则:,前三条选择定则是严格的;第四条为中心场近似下结果,非严格;第五、六条以LS耦合为基础,非严格。,18,3 分子结构,多原子分子(N个电子,K个原子)薛定谔方程:,1
5、9,由于原子核的质量比电子的质量大几千倍,当核的分布发生微小变化时,电子能够迅速调整其运动状态以适应新的核势场,而核对电子在其轨道上的迅速变化却不敏感。因此,波恩和奥本海默将电子运动和核的运动分开,讨论电子运动时近似认为电子是在不动的核的势场中;讨论核运动时,认为核受到一个与电子坐标无关的有效势的作用,这就是波恩-奥本海默近似。,Bohn-Oppenheimer近似:,研究电子:A、B核不动,研究核:不显含电子坐标,电子提供一个平均的有效势,20,21,和,我们可以得到分子总能量E,波函数,可以进一步分解为:,所以,22,分子的转动、振动、电子能级示意图,E e E v Er,23,Er:10
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