2-2009 原子光譜分析 第二章 原子光譜分析理論基礎(chǔ)1 原子結(jié)構(gòu)及光譜項.ppt

1、第二章 原子光譜分析理論基礎(chǔ),希臘的原子說。 1900的科學(xué)發(fā)現(xiàn)證實原子并非最小物質(zhì)單位 對應(yīng)不同元素，似乎有多種特定對應(yīng)的原子。 原子與電磁光譜現(xiàn)象密切相關(guān)。（磁性材料、絕緣體，導(dǎo)體，不同原子的發(fā)射光譜） 只有某些特定元素才能結(jié)合。（化學(xué)鍵隱含原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特征） 放射性，X射線，電子的發(fā)現(xiàn)，都說明原子在某些特定的條件下可以打開。,2.1 原子結(jié)構(gòu),三種原子模型，三種“軌道”概念,盧瑟夫 行星軌道,玻爾 確定軌道,波動力學(xué) 軌道是個區(qū)域,西北大學(xué) 史啟禎 從波粒二象性到原子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代模型,1897年，J.J.湯姆遜(Joseph John Thomson)在研究了陰極射線后認(rèn)為它是一種帶負(fù)電

2、的粒子流。發(fā)現(xiàn)電子。 1906年的諾貝爾獎。 . 史稱“葡萄干布丁”模型,Knowledge of atoms in 1900,Ernest Rutherford (1871-1937),Rutherford, Geiger, and Marsden conceived a new technique for investigating the structure of matter by scattering a particles from atoms.,Planetary Model,1908年 諾貝爾化學(xué)獎，研究元素蛻變和放射性物質(zhì)化學(xué),行星模型的困擾,From classical E

3、 n, l, m (r,)= ;,三個量子數(shù)及其取值方式不是人為的！,The De Broglie relation connects models (a) and (b),(a) A classical model of the electron as a bead on a wire. Any energy is possible and position is exactly known. (b) Classical model of the electron as a standing wave. (c) Quantum mechanical model combines (a) an

4、d (b). Dark areas indicate probable electron positions.,The electron energy is quantized because it depends on the integer n The lowest energy allowed is for n=1 or E=h2/8mL2 (the energy cannot be zero),按照核外電子的運(yùn)動狀態(tài)，可用四個量子數(shù)來描述：,主量子數(shù)n：表示電子層，決定電子的主要能量；1,2,3,n 角量子數(shù)l：表示電子云的形狀，決定了電子繞核運(yùn)動的角動量；0,1,2, ,n-1 (s

5、,p,d,f) 磁量子數(shù)m：表示電子云在空間的伸展方向，決定了電子繞核運(yùn)動的角動量沿磁場方向的分量0,1,2, l ，有2l+1個取向 自旋量子數(shù)s：表示電子的自旋，決定了自旋角動量沿磁場方向的分量。電子自旋在空間的取向只有兩個，一個順著磁場，一個反著磁場。s的取值1/2。,Diagonal Rule tells you the order in which to place (or “build”) the electrons in an atom,多電子原子的能態(tài),對具有多個價電子的原子，由于原子內(nèi)各電子間存在相互作用，這時電子的運(yùn)動狀態(tài)須用主量子數(shù)n，總角量子數(shù)L，總自旋量子數(shù)S以及內(nèi)量

6、子數(shù)J來描述。 主量子數(shù)n： 總角量子數(shù)L：l的矢量和 總自旋量子數(shù)S：s的矢量和 總內(nèi)量子數(shù)J：J = L+ S矢量和,原子光譜項,任何一條原子光譜線都是原子的外層電子從一個能級躍遷到另一個能級所產(chǎn)生的，在光譜學(xué)中常用光譜項表示原子所處的各種能級狀態(tài)，則一條譜線可用兩個光譜項符號表示。 光譜項符號 總角量子數(shù)L 譜線多重度M=2S+1 主量子數(shù)n 光譜支項J（個數(shù)與L,S有關(guān)）,主要取決于價電子,練習(xí)：寫出鎂的第一激發(fā)態(tài)原子譜線的光譜項。,光譜選擇定則,并非原子內(nèi)所有能級之間的躍遷都是可以發(fā)生的，電子的躍遷必須遵循一定的光譜選擇定則： 主量子數(shù)n：主量子數(shù)的改變在躍遷時不受限制； 總角量子數(shù)

7、L：L = 1。 S, P, D, F.相鄰，即S與P之間，P與S或者D之間，D與P或者F之間的躍遷是允許的。 內(nèi)量子數(shù)J：J=0，1 但當(dāng)J = 0時，J = 0的躍遷是禁阻的； 總自旋量子數(shù)S：S=0 即不同多重性狀態(tài)之間的躍遷是禁阻的。即單重態(tài)只能躍遷到單重態(tài)，三重態(tài)只能躍遷到三重態(tài)。,亞穩(wěn)態(tài)和低能級之間不能直接實現(xiàn)量子躍遷,元素的光譜性質(zhì),譜線復(fù)雜,激發(fā)困難,Variations in first ionization-energies. Elements with the largest ionization energies are in the upper right of th

8、e periodic table. Those with the smallest ionization energy are at the lower left.,The electron affinity (EA) is the potential energy change associated with the addition of an electron to a gaseous atom or ion in its ground state The addition of one electron to a neutral atom is exothermic for nearly all atoms The addition of more electrons requires energy,In general: EA increases from left to right in a p