第四章 碱金属原子和电子自旋(3)

*nLi

n*Na

表中的有效量子数n*有些很接近整数，有些离整数远一些。通常有n* n ，即有

n* n。因此，一般情况下，碱金属原子的能级比氢原子的能级要低一些（见P120图4.3）。

锂原子的四个光谱线系公式

n 主线系 p n 第二辅线系 s

RR

, n=2,3,4, 22

(2 s)(n p)

RR

, n=3,4,5, 22

(2 p)(n s)

RR

n 第一辅线系 d , n=3,4,5, 22

(2 p)(n s) n 柏格曼线系 f

RR

, n=4,5,6,

(2 d)2(n f)2

(2)

表达钠的四个线系的公式也是这个形式的，所不同的是前三式右边第一项分母中的主量子数应改作3，第一式后边的n应等于3,4, ，第二式后边的n应等于4,5, 。从表4.2中查对一下就可以了解这些关系。

所以，碱金属原子的光谱项可以表达为

T

RR

（3） n*2(n )2

它与氢原子光谱项的差别在于有效量子数不是整数，而是主量子数减去一个数值Δ。

表4.1中锂的数据可以画成能级图，如图4.3所示。图中把能级按l值分类，l值相同的能级画在同一列上。右边附有氢原子能级图作为比较。我们注意n相同而l不同的那些能级在锂的情形高低差别很显著。例如n=2和n=3那些能级的间隔颇大。在氢的情形中，n相同而l不同的能级也微有差别，但差别很小，图中显不出来。图中也画出了产生各光谱线系的一些跃迁。

4.2 原子实的极化和轨道的贯穿

从上节的讨论我们看到，碱金属原子的光谱可以用同氢原子的公式相仿的公式来表达。这些原子的能级，当n较大时，很接近氢原子的能级，只当n小时差别较大。如果再考虑到碱金属原子化学上是一价的，它们容易电离成为带一个单位电荷的离子等情况，可以设想上节讨论过的那些光谱也是由于单电子的活动产生的。

碱金属元素锂、钠、钾、铷、铯、钫的原子序数分别是3、11、19、37、55、87，这些数可以列成

锂（Li） 3 2 12 1 钠（Na） 11 2 (12 22) 1 钾（K） 19 2 (12 22 22) 1 铷（Rb） 37 2 (12 22 32 22) 1 铯（Cs） 55 2 (12 22 32 32 22) 1 钫（Fr） 87 2 (12 22 32 42 32 22) 1

原子序数等于原子中的电子数，现在可以列成这样整齐的形式，决不是偶然的，这代表着原子中电子有规则的组合。在这些组合中有一个共同点，就是在一个完整的结构之外，多余一个电子。这个完整而稳固的结构称为原子实。锂的原子实由原子核和两粒电子构成，钠的原子实由原子核和10粒电子构成，其余类推。

原子实外面的那个电子称作价电子。原子的化学性质以及上面描述的光谱都决定于这个电子。价电子在较大的轨道上运动，它同原子实之间的结合不很强固，容易脱离。它也可以从最小轨道被激发到能量高的轨道，从能量高的轨道跃迁到能量低的轨道时就发出辐射。碱金属原子中由于有原子实，使得有些较小的电子轨道已被原子实的电子占