CHƯƠNG LÝ THUYẾT VỀ QUANG PHỔ NGUYÊN TỬ I Sự xạ hấp thụ lượng Nguyên tử gồm: hạt nhân (+) electron (-) chuyển động quỹ đạo xung quanh Hình 1.1 Cấu trúc nguyên tử Niel Bohr xây dựng tiên đề làm sở cho quang phổ học Tiên đề Tiên đề Nguyên Nguyên tử tử bền bền vững vững chỉ tồn tồn tại trong số trạng trạng thái thái xác xác định, định, gọi gọi là trạng trạng thái thái dừng dừng ứng ứng với với những dãy dãy năng lượng lượng liên liên tục tục hay hay gián gián đoạn đoạn Khi Khi có có sự dịch dịch chuyển chuyển giữa các trạng trạng thái thái dừng, dừng, nguyên nguyên tử tử sẽ bức xạ xạ hay hay hấp hấp thụ thụ năng lượng lượng photon photon Hình 1.2 Sự dịch chuyển electron mức lượng Cơng thức tính lượng hấp thụ hay xạ: Ek − Ei = hν ki - Ek Ei - vki h lượng ứng với trạng thái k i tần số đặc trưng cho dịch chuyển hai trạng thái k i - (1.1) số Planck Sự dịch chuyển trạng thái dừng chia làm ba loại: Bức xạ tự dịch chuyển (hay xạ tự phát) Dịch chuyển xạ cưỡng Dịch chuyển hấp thụ  Bức xạ tự dịch chuyển (hay xạ tự phát) xạ photon không định xứ, xảy khơng tác động bên ngồi n1 = N k Aki - Aki - Nk hệ số Einstein số nguyên tử có đơn vị thể tích trạng thái lượng cao k - Aki xác suất tự dịch chuyển từ trạng thái lượng k trạng thái lượng i (1.2)  Bức xạ tự dịch chuyển (hay xạ tự phát)  Dịch chuyển xạ cưỡng xạ photon định hướng Khi nguyên tử trạng thái kích thích, photon có lượng tương tác với nguyên tử Kết • nguyên tử di chuyển xuống trạng thái có lượng thấp hơn, có hai photon thay photon trường hợp  Dịch chuyển xạ cưỡng n2 = N k Bki ρ (ν ki ) - Bki hệ số Einstein Bki ρ ( vki ) xác suất dịch chuyển cưỡng từ trạng thái k xuống i - ρ ( vki ) mật độ lượng khối (1.3) Từ (*) suy ra: I ( a) + I ( b) = 2I ( c) Từ (**) ta có: I ( a) I ( a) = = I ( b) + I ( c ) I ( b) + I ( a ) + I ( b) 2 Hay I ( a ) : I ( b) = :1 I ( b) : I ( c) = :1 Cuối ta có tỉ số: I ( a) : I ( b) : I ( c) = :1 : (***) Chuyển mức theo sơ đồ đây: Tỉ số cường độ tính là: I ( a ) : I ( b ) : I ( c ) = 20 : : 14 Tỉ số cường độ vạch quang phổ d) Trường hợp tổng quát L→L  Đối với dịch chuyển [ J ( J + 1) + L( L + 1) − S ( S + 1) ] I j , j = ( J + 1) J ( J + 1) ' I j ' , j −1 [ ( J + S + 1) = ][ − J J −(L − S) J 2 ] [= ( J + S + 1) − ( J + 1) ][( J + 1) − ( L − S ) ] I j ' , j +1 2 J +1 2 (1.14) Tỉ số cường độ vạch quang phổ d) Trường hợp tổng quát  L → L −1 Đối với dịch chuyển [ ( J + S + 1) + L ][ L − ( J − S ) ] = ( J + 1) I j' , j J ( J + 1) I j ' , j −1 [ ( J + L) = ] [( J + L ) −( S + 1) J [ S −( J − L + 1) ] [( S + 1) = I j ' , j −1 2 J +1 2 − S2 ] − ( J − L + 1) ] (1.15) Tỉ số cường độ vạch quang phổ e) Tính số vạch chuyển mức  L→L Đối với dịch chuyển Ví dụ dịch chuyển D j − 3D j ∆J = 0: J dịch chuyển chiều với L, xuất vạch có cường độ mạnh nhất, gọi vạch Có 2L + ∆J = ±1 vạch S≥L 2S + vạch : xuất vạch có cường độ yếu, gọi vạch phụ Có 2L vạch S ≥ L 2S vạch L≥S L≥S Tỉ số cường độ vạch quang phổ e) Tính số vạch chuyển mức L → L −1  Đối với dịch chuyển - Dịch chuyển J → J − : biến thiên J chiều với L, nên cường độ mạnh nhất, cho vạch S + vạch L ≥ S + 2S L≤S vạch L − - Dịch chuyển 2S 2L −1 J→J vạch L>S vạch L≤S vạch L = S + 1/ : cho vạch phụ thứ Tỉ số cường độ vạch quang phổ e) Tính số vạch chuyển mức  Đối với dịch chuyển J → J +1 biến thiên J ngược chiều với L, cường độ vạch yếu cho vạch phụ thứ hai 2S − vạch 2L −1 vạch L>S L≤S Ví dụ 1: Tính cường độ ứng với dịch chuyển: D123 → P012 Nếu áp dụng định luật Dorghels-Burger, ta có: [ I ( a ) + I ( b) + I ( c ) ] : [ I ( d ) + I ( e) ] : I ( f ) = : :1 [ I ( a ) + I ( d ) + I ( f ) ] : [ I ( b) + I ( e) ] : I ( c) = : : Nếu áp dụng công thức lý thuyết (1.15) TH dịch chuyển L → L − , ta có: L = 2, S = I ( a ) = I1, = I J , J +1 = I ( b ) = I 2, = I J , J = 30 I ( c ) = I 3, = I J , J −1 = 168 I ( d ) = I1,1 = I J , J = 30 I ( e ) = I 2,1 = I J , J −1 = 90 I ( f ) = I1, = I J , J −1 = 40 Vậy I ( a ) : I ( b ) : I ( c ) : I ( d ) : I ( e ) : I ( f ) = 2:30:168:30 :90: 40 = 11:15:84:15: 45: 20 Ví dụ 2: Tính cường độ ứng với dịch chuyển nguyên tử CrI (z=24) D43210 → P321     Độ dài sóng λ Dịch Cường độ vạch quang phổ I Tính theo f chuyển Tính theo cơng Quan sát thức (1.15) 5247,56 n5D0 − n ' P1 15 11 12,5 5246,20 n5D1 − n ' P1 n 5D1 − n ' P2 29 25 27 12 8,3 8,7 n5D2 − n ' P1 '5 n D2 − n P2 22 19 20 34 32 37 5265,73 5296,69 5298,28 5300,74 n 5D2 − n ' P3 5,7 4,6 5345,80 n 5D3 − n ' P3 61 52 52 5348,31 n 5D4 − n ' P3 30 26 25 5403,9 n 5D3 − n ' P3 100 100 100 Các dịch chuyển là: Ví dụ 3: Tính cường độ ứng với dịch chuyển: Ví dụ 4:Tính cường độ ứng với dịch chuyển: ... k 1 ∑A i =0 ki (1. 5) Quang phổ liên tục Quang phổ vạch xạ Quang phổ vạch hấp thụ Hình 1. 3 So sánh khác quang phổ vạch xạ, quang phổ vạch hấp phụ quang phổ liên tục II Cường độ vạch quang phổ. .. lượng Nguyên tử gồm: hạt nhân (+) electron (-) chuyển động quỹ đạo xung quanh Hình 1. 1 Cấu trúc nguyên tử Niel Bohr xây dựng tiên đề làm sở cho quang phổ học Tiên đề Tiên đề Nguyên Nguyên tử tử... J + 1) I j' , j J ( J + 1) I j ' , j 1 [ ( J + L) = ] [( J + L ) −( S + 1) J [ S −( J − L + 1) ] [( S + 1) = I j ' , j 1 2 J +1 2 − S2 ] − ( J − L + 1) ] (1. 15) Tỉ số cường độ vạch quang phổ