Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

Abschnitt 7.7 PHYSIK IV 2770²S 1/2²P 3/2 ²P 1/2 ²D 3/2,5/2 ²F 5/2,7/2-15S5D5P 5P 4D4P 4P 3D5F4FEnergie (eV)-2-3-4-54S3S- 5.12 eV3P3PD 1: 5895.930 cm -1D 2: 5889.963 cm -1n = 5n = 4n = 3Abbildung 7.16: Termschema des Natriumatoms. Zur spektroskopischen Notation siehe (7.3.8). Besondershervorgehoben ist die Dublettenstruktur der Natrium D-Linie.und es gibt nur den 2 S 1/2 -Term. Ferner gibt es für das Leuchtelektron nur Zustände mit n = 3,4,5,...,da die Zustände mit n < 3 alle besetzt sind. Der Übergang 3 2 P → 3 2 S ist die bekannte Natrium D-Linie. Bei guter spektroskopischer Auflösung sieht man, dass sie aus zwei Komponenten besteht (sieheAbb. 7.16). Diese Dubletten-Struktur ist charakteristisch für die Spektrallinine der Alkali-Atome. DieDubletten-Struktur ist allerdings streng nur für Übergänge zu Termen mit nicht voll entwickelter Multiplizitätgegeben. Im Allgemeinen sind sowohl Anfangs- als auch Endzustände Dublett-Terme und esgibt gemäß den Auswahlregeln drei mögliche Spektralterme. Ein Beispiel ist der Übergang 3 2 D → 3 2 P(siehe Abb. 7.16).Für große Hauptquantenzahlen n und somit große Abständen r des Leuchtelektrons vom Kern, könnenwir die Energiezustände der Alkaliatome gut durch die Rydberg-FormelE n,l = −E Alkali1n 2 eff= −E Alkali1(n − δn n,l ) 2 (7.7.6)beschreiben. Hierbei wird die ganzzahlige Hauptquantenzahl durch eine effektive Quantenzahl n eff =n − δn n,l ersetzt, die um den von n und l abhängigen Quantendefekt vermindert ist. In Tabelle 7.6 sinddie für die verschiedenen Zustände des Na-Atoms gemessenen Quantendefekte zusammengefasst.Wir verstehen nun auch, warum das 3d-Niveau energetisch über dem 4s-Niveau liegen kann. Obwohlsich das 4s-Elektron im Mittel weiter vom Kern entfernt aufhält, ist seine Aufenthalswahrscheinlichkeitin unmittelbarer Kernnähe (Eintauchwahrscheinlichkeit) größer als beim 3d- Orbital. In dieser unmittelbarenKernnähe kommt es zu einer verstärkten, da nicht abgeschirmten Wechselwirkung mit dem Kern,was eine Absenkung der elektronischen Energie nach sich zieht. Wie wir gesehen haben, hat dies direkteFolgen für das Periodensystem. Die Übergangsmetalle beginnend mit Scandium, welche teilweisebesetzte 3d-Niveaus aufweisen, sind in der 4. und nicht in der 3. Periode angeordnet.2003