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).