四川大学化学分析课件pt课件市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、第一章光分析导论1.1 电磁辐射和电磁波谱1.1.1.电磁辐射:一个高速度经过空间传输光量子流,它含有波粒二象性。EL=h =h c/=h c EL为能量,单位为J或ev,1ev=1.602 10-19 Jh为普朗克常数6.626 10-34J.s;为频率,单位为Hz,即s-1;c为光速3 1010 cm.s-1;为波长,单位nm或(10-10 m);为波数,单位cm-1。第1页例 某电子在两能级间跃迁能量差为4.969 10-19J,求其波长为多少纳米?其波数为多少?解由 E=h =h c/得=h c/E=6.626 10-34 3 1010/4.969 10-19=4 10-5 cm=40
2、0 nm=1/=1/4 10-5 cm=25000cm-1第2页1.1.2.电磁波谱:电磁辐射按波长次序排列称为电磁波谱。它反应了物质内能量改变,任一波长光子能量与物质内原子或分子能级改变(E)相对应,它们之间关系为:E=E1-E2=EL=h =h c/第3页能量高低经典光谱学波长范围跃迁类型高能辐射射线0.005-1.4 核能级X射线0.1-100 内层电子中间部分真空紫外10-180 nm价电子紫外可见180-780 nm价电子红外0.78-300 um分子转动和振动长波部分微波0.75-3.75 mm分子转动电子自旋共振3 cm磁场中电子自旋核磁共振0.6-10 m磁场中核自旋表1-1电
3、磁波谱第4页1.2 原子光谱和分子光谱1.2.1 原子光谱:原子核外电子在不一样能级间跃迁而产生光谱,它包含原子发射、原子吸收和原子荧光光谱等等。第5页a.电子运动状态核外电子运动状态,可用四个量子数来描述:主量子数n:表示电子层,决定电子主要能量;1,2,3,n角量子数l:表示电子云形状,决定了电子绕核运动角动量;0,1,2,n-1(s,p,d,f)磁量子数m:表示电子云在空间伸展方向,决定了电子绕核运动角动量沿磁场方向分量;0,1,2,l自旋量子数s:表示电子自旋,决定了自旋角动量沿磁场方向分量。电子自旋在空间取向只有两个,一个顺着磁场,一个反着磁场。s取值1/2。第6页b.原子能态对含有
4、多个价电子原子,因为原子内各电子间存在相互作用,这时电子运动状态须用主量子数n,总角量子数L,总自旋量子数S以及内量子数J来描述。主量子数n:总角量子数L:l矢量和;(2L+1)个值总自旋量子数S:s矢量和;(2S+1)个值谱线多重度M:M=2S+1;内量子数J:J=L+S矢量和第7页c.原子光谱项任何一条原子光谱线都是原子外层电子从一个能级跃迁到另一个能级所产生,在光谱学中常用光谱项表示原子所处各种能级状态,则一条谱线可用两个光谱项符号表示。光谱项符号nMLJ总角量子数内量子数谱线多重度主量子数第8页例 钠原子基态电子运动状态钠原子核外有11个电子,依据泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则
5、可进行核外电子排布,核外电子构型为1s22s22p63s1。最外层电子为3s1,它运动状态为:n=3,l=0,m=0,s=+1/2(或-1/2)。M=2S+1=2,J=1/2则钠原子基态光谱项符号为32S1/2第9页例 钠原子第一激发态电子构型为1s22s22p63S03p13P轨道有一个电子则n=3,L=1,S=1/2,M=2,J=3/2,1/2所以钠原子第一激发态光谱项符号为32P3/232P1/2第10页例 Mg原子基态电子构型为1s22s22p63s2n=3l1=0,l2=0,L=0s1=+1/2,s2=-1/2,S=0,M=2S+1=1J=L+S=0则Mg原子基态光谱项符号为31S0
6、第11页例 Mg原子第一激发态电子构型为1s22s22p63S13p1n=3l1=0,l2=1,L=1s1=1/2,s2=1/2,S=0,1,M=1,3M=0时,J=131P1M=3时,J=2,1,033P233P1 33P0第12页d.光谱选择定则并不是原子内全部能级之间跃迁都是能够发生,电子跃迁必须遵照一定“选择定则”:主量子数n:在跃迁时不受限制;S,P,D,F.相邻;但当J=0时,J=0跃即不一样多重性状态之间跃总角量子数L:L=1内量子数J:J=0,1迁是不允许;总自旋量子数S:S=0迁是禁阻。第13页例 Na原子谱线589.0 nm 32S1/2-32P3/2589.6 nm 32
7、S1/2-32P1/2实际上,禁阻跃迁并不是绝正确,只是禁阻跃迁线概率要比正常跃迁低得多,谱线强度也要弱得多。第14页e.能级图在光谱学中,把原子中全部可能存在能级状态及能级跃迁用图解形式表示出来,这种图称为能级图。第15页1.2.2.分子光谱:在辐射能作用下,分子内能级间跃迁产生光谱称为分子光谱。但分子内部运动所包括能级改变比原子光谱复杂,一个分子总能量为:E=Ee+Ev+Er+En+Et+Ei因为在普通化学试验条件下,核能En不发生变化,分子平动能Et,内旋转能量 Ei很小,分子在辐射能作用下能量改变(E)为:E=Ee+Ev+Er对多数分子而言,Ee,Ev,Er值为:Ee约为1-20ev;
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