第10章 光分析法基础10.2 原子光谱与分子光谱.ppt

第十章光学分析法基础
原子光谱
分子光谱
第二节原子光谱与分子光谱
Atom spectrum and molecular spectrum
Fundamental of optical analysis
2017/11/11
原子光谱

原子外层有一个电子时,其能级可由四个量子数决定:
主量子数 n;角量子数 l;磁量子数 m;自旋量子数 s;
原子外层有多个电子时,价电子用主量子数 n;总角量子数 L;总自旋量子数 S;总内量子数 J 来描述。
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总角量子数:
L = ∑ l
外层价电子角量子数的矢量和,(2 L +1)个
L = | l 1+ l2 | , | l 1+ l2 -1|,······,| l 1 - l2 |
分别用 s,p,d,f ······,表示:
L = 0,1,2,3,······,
例:碳原子,基态的电子层结构(1s)2(2s)2(2p)2 ,
两个外层 2p 电子: L = 2,1,0
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总自旋量子数:
S =∑ s ;外层价电子自旋量子数的矢量和, (2 S +1)个
S = 0 , ±1, ± 2,······, ± s
或 S = 0 , ±1/2,3/2 ,······, ± s
例:碳原子,基态的电子层结构(1s)2(2s) 2(2p) 2 ,
两个外层 2p 电子: S = 0 , ±1 ; 3个不同值;
L与S之间存在相互作用;可裂分产生(2 S +1)个能级;
这就是原子光谱产生光谱多重线的原因,用 M 表示,称为谱线的多重性。
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例:钠原子,一个外层电子。
S = 1/2;因此: M = 2S +1 = 2;双重线;
碱土金属:两个外层电子,
自旋方向相同时: S = 1/2 + 1/2 = 1, M = 3,
三重线
自旋方向相反时: S = 1/2 - 1/2 = 0, M = 1,
单重线
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内量子数 J:
内量子数 J 取决于总角量子数 L 和总自旋量子数 S 的矢量和:
J = (L + S), (L + S - 1),······, (L - S)
若 L ≥ S ; 其数值共(2 S +1)个;
若 L < S ; 其数值共(2 L +1)个;
例:L = 2,S = 1,则 J 有三个值,J = 3,2,1;
L = 0,S = 1/2;则 J 仅有一个值 1/2;
J 值称光谱支项
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原子的能级通常用光谱项符号表示:nMLJ
n:主量子数;M:谱线多重性符号;
L:总角量子数; J :内量子数。
钠原子的光谱项符号 32S1/2;
表示钠原子的电子处于:
n = 3,M = 2(S = 1/2),L = 0,
J = 1/2 的能级状态(基态能级)。
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电子能级跃迁的表示:
一条谱线是原子的外层电子在两个能级之间的跃迁产生的,可用两个光谱项符号表示各种跃迁或跃迁谱线:
例钠原子的双重线
Na ; 32S1/ 2 — 32P3/ 2;
Na ; 32S1/ 2 — 32P1/ 2;
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电子能级跃迁的选择定则:
根据量子力学原理,电子的跃迁不能在任意两个能级之间进行;必须遵循一定的“选择定则”:
(1)主量子数的变化Δn为整数,包括零。
(2)总角量子数的变化ΔL = ±1。
(3)内量子数的变化ΔJ = 0,±1,
但是当J = 0时,ΔJ = 0的跃迁被禁阻。
(4)总自旋量子数的变化ΔS = 0 ,即不同多重性状态之间的跃迁被禁阻。
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2. 能级图
元素的光谱线系常用能级图来表示。
最上面的是光谱项符号;
最下面的横线表示基态;
上面的表示激发态。
可以产生的跃迁用线连接。
线系:由各种高能级跃迁到同一低能级时发射的一系列光谱线。
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