Энергетический спектр атомов щелочных элементов

Краткая теория

Аппаратура

Цель и содержание работы

ИЗУЧЕНИЕ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ НАТРИЯ

Ознакомление с тонкой структурой спектральных линий и энергетических уровней атомов щелочных элементов. Экспериментальное изучение дублетной структуры спектральных линий атома натрия. Освоение методики работы на спектрографе большой дисперсии ДФС-8. Получение спектра натрия. Измерение расстояния между компонентами тонкой структуры спектральных линий. Определение величины расщепления Р-термов атома натрия в зависимости от значения главного квантового числа n. Определение величины расщепления 3Р, 3Д, 4Д уровней атома Na, определение поправки экранирования а.

Спектрограф ДФС-8, дуговой генератор УГЭ-4, спектропроектор ДСП-1, измерительный микроскоп МИР-12, атлас и таблица спектральных линий.

элемент	z	Dl,нм
Li		0,015
Na		0,6
K		3,4
Cs		42,2

При более тщательном изучении спектральных линий атомов щелочных элементов была обнаружена так называемая тонкая структура спектральных линий. Применение спектральных приборов с большей дисперсией позволило установить, что линии атомов часто являются двойными, которые очень узки у лития, а с ростом атомной массы становятся шире. Так, для резонансной линии расщепление (Dl, нм) составляет

Естественно предположить, что расщепление спектральных линий обусловлено тем, что расщепляются энергетические уровни электрона, переход между которыми приводит к возникновению данной спектральной линии. Иными словами, тонкая структура спектральных линий должна быть связана с тонкой структурой уровней энергии электрона.

Рассмотрим энергетический спектр атомов щелочных элементов.

Расчет энергетического спектра атома щелочного металла, представляющего собой систему многих электронов в кулоновском поле ядра, является трудной задачей. Поэтому прибегают к такому методу: предполагая, что электроны внутренних оболочек расположены близко к ядру (ядро и электроны внутренних оболочек образует атомной остаток), а внешний (валентный) слабо связанный с атомом электрон, наоборот, находится на достаточно большом расстоянии от ядра, рассматривают атом щелочного металла как некоторую «водородоподобную» систему (внешний электрон - атомный остаток). Такое рассмотрение, учитывающее взаимодействие внешнего электрона с остальными электронами в атоме как небольшое возмущение, налагающееся на кулоновское притяжение атомного остатка, приводит к выражению для энергии, аналогичному выражению для энергии атома водорода:

(5.1)

Где - эффективное квантовое число, n - главное квантовое число, - квантовый дефект, - эффективный заряд ядра, R - постоянная Ридберга

Различие с атомом водорода состоит в том, что n _эфф –эффективное квантовое число уже не целое число, как в случае водорода, а отличается от соответствующего квантового числа n на величину , называемую квантовым дефектом. Величины в основном определяются значением орбитального квантового числа l, при данном n квантовый дефект резко уменьшается при увеличении l (см. табл. 4.1).

Из (5.1) видно, что энергетические уровни щелочного атома расположены ниже соответствующих уровней атома водорода, для которых справедливо соотношение

(5.2)

Кроме того, поскольку квантовый дефект сильно зависит от орбитального квантового числа l, энергия оптического (валентного) электрона в атоме щелочного элемента зависит не только от величины главного квантового числа n, но и от орбитального квантового числа l. Причем зависимость от l будет тем слабее, чем больше l. (см. работу №4).

Дата добавления: 2014-01-04