Xác định cấu trúc phổ đặc trưng của nguyên tử và các ion kali dựa trên tương tác spin quỹ đạo

PHẠM PHÚ VINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH SPIN-QUỸ ĐẠO XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC PHỔ ĐẶC TRƢNG CỦA NGUYÊN TỬ VÀ CÁC ION KALI DỰA TRÊN TƢƠNG TÁC PHẠM PHÚ VINH XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC PHỔ ĐẶC TRƢNG CỦA NGUYÊN TỬ VÀ CÁC ION KALI DỰA TRÊN TƢƠNG TÁC SPIN-QUỸ ĐẠO LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Chun ngành: Quang học Mã số: 8440110 KHĨA K25 Nghệ An, 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH PHẠM PHÚ VINH XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC PHỔ ĐẶC TRƢNG CỦA NGUYÊN TỬ VÀ CÁC ION KALI DỰA TRÊN TƢƠNG TÁC SPIN-QUỸ ĐẠO LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: Quang học Mã số: 8440110 Người hướng dẫn khoa học: TS TRỊNH NGỌC HOÀNG Nghệ An, 2019 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc luận văn này, ngồi nỗ lực tìm hiểu nghiên cứu thân, thầy giáo TS Trịnh Ngọc Hoàng giúp đỡ tác giả nhiều từ ngày đầu tìm hiểu vấn đề cần nghiên cứu, lựa chọn đề tài khả thi hoàn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Trịnh Ngọc Hoàng – ngành Vật lý trƣờng Đại học Vinh, tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho tơi nghiên cứu hồn thành luận văn Tôi xin đƣợc cảm ơn thầy cô tham gia giảng dạy, đào tạo lớp Quang học 25, cảm ơn thầy cô ngành Vật lý, Phòng đào tạo sau đại học, Ban lãnh đạo Trƣờng Đại học Vinh, Ban lãnh đạo Trƣờng Đại học CN-KT Long An tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập, nghiên cứu sở đào tạo Tơi bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp anh, chị học viên lớp Cao học 25 – chuyên ngành Quang học – Trƣờng Đại học Vinh động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập Xin chân thành cảm ơn ! Học viên Phạm Phú Vinh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Những đóng góp đề tài 10 Cấu trúc luận văn 10 Chƣơng 1: PHƢƠNG PHÁP XÂY DỰNG CẤU TRÚC PHỔ CỦA CÁC NGUYÊN TỬ NHIỀU ĐIỆN TỬ 11 1.1 Cộng mômen quỹ đạo l spin s 11 1.2 Liên kết spin-quỹ đạo  L, S  14 1.3 Phƣơng pháp xây dựng cấu trúc phổ nguyên tử 23 Kết luận chƣơng 23 Chƣơng 2: CẤU TRÚC CÁC VẠCH PHỔ ĐẶC TRƢNG CỦA KALI NGUYÊN TỬ VÀ CÁC ION 24 2.1 Nguyên tố K vạch phổ đặc trƣng 24 2.2 Sơ đồ cấu trúc phổ K I 39 2.3 Sơ đồ cấu trúc phổ ion K II K III 45 Kết luận chƣơng 57 KẾT LUẬN CHUNG 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu NIST AO Diễn giải National Institute of Standards and Technology (Viện tiêu chuẩn công nghệ quốc gia Hoa Kỳ) Atomic orbital (Orbitan nguyên tử) [L, S] Liên kết Russell – Saunder KI Ký hiệu phổ Kali trung hòa K II Ký hiệu phổ Kali ion hóa lần (K+) K III Ký hiệu phổ Kali ion hóa hai lần (K++) DANH MỤC HÌNH VẼ Tên hình vẽ TT 2.1 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K I 404,4136 nm; 404,7208 nm Trang 40 2.2 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K I 509,7171nm 40 2.3 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K I 509,9200 nm 40 2.4 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K I 511,2249 nm 41 2.5 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K I 532,3276nm; 533,968nm 41 2.6 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K I 534,297nm 41 2.7 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K I 535,9574nm 42 2.8 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K I 578,2384nm; 580,1752nm 42 2.9 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K I 581,2148nm 42 2.10 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K I 583,1887nm 43 2.11 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K I 691,1084nm; 693,6767nm 43 2.12 Sơ đồ cấu trúc phổ nguyên tử K I (Thế ion hóa: 4,34eV) 44 2.13 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 60,0755 nm 45 2.14 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 60,7932 nm 46 2.15 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 61,2625 nm 46 2.16 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 353,075 nm 46 2.17 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 413,472 nm; 418,624nm 47 2.18 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 422,297 nm 47 2.19 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 47 422,567nm; 430,500 nm 2.20 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 430,910nm; 438,816nm ; 460,845nm 48 2.21 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 482,923 nm 48 2.22 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 482,923 nm 48 2.23 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 500,560 nm 49 2.24 Sơ đồ cấu trúc phổ ion K II (Thế ion hóa: 31,63 eV) 49 2.25 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 40,210 nm 51 2.26 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 40,896 nm 51 2.27 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 41,379 nm 52 2.28 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 41,600 nm 52 2.29 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 44,860 nm 52 2.30 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 47,009 nm 53 2.31 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 47,157 nm; 47,492 nm 53 2.32 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 47,981 nm 53 2.33 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 49,71 nm 54 2.34 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 52,061 nm 54 2.35 2.36 2.37 SSơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 76,564 nm; 77,853 nm Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 255,002nm; 263,511 nm Sơ đồ cấu trúc phổ ion K III(Thế ion hóa: 45,81 eV) 54 55 56 DANH MỤC BẢNG BIỂU Tên bảng Bảng Trang 1.1 Giá trị S tƣơng ứng với số điện tử 16 1.2 Số hạng sơ đồ điện tử tƣơng đƣơng p , d 20 2.1 Thuộc tính vật lý kim loại Kali 25 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Tóm tắt số hạng nguyên tử mức lƣợng kích thích đặc trƣng K I Các bƣớc sóng đặc trƣng phép chuyển tƣơng ứng K I Tóm tắt số hạng nguyên tử mức lƣợng kích thích đặc trƣng K II Các bƣớc sóng đặc trƣng phép chuyển tƣơng ứng K II Tóm tắt số hạng nguyên tử mức lƣợng kích thích đặc trƣng K III Các bƣớc sóng đặc trƣng phép chuyển tƣơng ứng K III 28 29 32 33 38 39 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Đại lƣợng Diễn giải n Số lƣợng tử l Số lƣợng tử quỹ đạo s Spin ms Số lƣợng tử từ spin J Mômen động lƣợng tổng cộng L Mômen động lƣợng quỹ đạo tổng cộng S Mômen spin tổng cộng  Độ bội ML Hình chiếu mơmen quỹ đạo tồn phần MS Hình chiếu mơmen spin tồn phần E Năng lƣợng tƣơng tác EJ , J 1 Khoảng cách hai mức liền kề J J E0 Năng lƣợng nguyên tử trạng thái En Năng lƣợng nguyên tử trạng thái kích thích MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong chƣơng trình vật lý phổ thơng đề cập đến cấu trúc phổ nguyên tử Hiđrô dựa hai tiên đề Borh Hạn chế tiên đề Borh giải thích đƣợc quang phổ nguyên tử Hiđrơ ngun tử có điện tử tƣơng tự Hiđrơ mà khơng giải thích đƣợc quang phổ nguyên tử có nhiều electron Trong lĩnh vực phổ laser, để nghiên cứu đƣợc phổ nguyên tử, mẫu gồm nhiều thành phần phải biết đƣợc vạch phổ đặc trƣng nguyên tố bên mẫu Về nông nghiệp: nhiều nghiên cứu vai trò K suất đặc biệt với chất lƣợng nông sản, với làm giảm sâu bệnh gây hại… (tác giả: Cơng Dỗn Sắt, Đỗ Trung Bình 1994, 1996, 1997, 2000, 2002); Nghiên cứu hiệu lực phân phun K2SO4 tới suất lúa miền Nam Việt Nam (tác giả: Hoàng Văn Tám, Nguyễn Lƣơng Thiện, hợp tác IAS với IPI, 2012) Trong đời sống Kali giúp cân nƣớc, bảo vệ tim mạch, phát triển bắp não ngƣời Vì việc nghiên cứu, xác định đặc tính, cấu trúc phổ Kali việc làm cần thiết Đó lý tơi chọn đề tài “Xác định cấu trúc phổ đặc trưng nguyên tử ion Kali dựa tương tác spin - quỹ đạo” làm đề tài luận văn thạc sĩ Mục tiêu nghiên cứu Xác định sơ đồ cấu trúc phổ nguyên tử K I, ion K II, K III Nhiệm vụ nghiên cứu Xây dựng sơ đồ cấu trúc tinh tế mức lƣợng nguyên tử Kali ion sở nghiên cứu đặc trƣng tƣơng tác spin - quỹ đạo Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 47 Giữa hai trạng thái kích thích 3p54p 3p54s có tồn phép chuyển đặc trƣng 3D2 → 3P2 ; 3D3 → 3P2 tƣơng ứng với bƣớc sóng 413,472 nm; 418,624nm D3 3p54d D3 418,624nm 413,472 nm 3p54s P2 Hình 2.17 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 413,472 nm; 418,624nm[6] Giữa hai trạng thái kích thích 3p54p 3p54s có tồn phép chuyển đặc trƣng 3P1 → 1P1 tƣơng ứng với bƣớc sóng 422,297 nm 3p54d P1 P1 422,297 nm 3p54p 2p p Hình 2.18 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 422,297 nm[6] 2p63 Giữa hai trạng thái kích thích 3p54p 3p53d có tồn phép chuyển đặc p trƣng 1D2 → 3P1 ; 1D2 → 3P2 tƣơng ứng với bƣớc sóng 422,567nm; 430,500 nm D2 3p 4p 430,500 nm 422,567nm 3p 3d P2 P1 Hình 2.19 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 422,567nm; 430,500 nm[6] 48 Giữa hai trạng thái kích thích 3p54p 3p54s có tồn phép chuyển đặc trƣng 3P2 → 1P1 ; 1P1 → 1P1 ; 1D2 → 1P1 tƣơng ứng với bƣớc sóng 430,910nm; 438,816nm ; 460,845nm P2 P1 D2 3p 4p 460,845nm 438,816nm 430,910nm 3p64s P1 Hình 2.20 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 430,910nm; 438,816nm ; 460,845nm[6] Giữa hai trạng thái kích thích 3p54p 3p54s có tồn phép chuyển đặc trƣng 3S1 → 3P2 tƣơng ứng với bƣớc sóng 482,923 nm 3p54p S1 P2 p 482,923 nm 3p54s Hình 2.21 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 482,923 nm[6] Giữa hai trạng thái kích thích 3p54p 3p54s có tồn phép chuyển đặc trƣng 3D2 → 1P1 tƣơng ứng với bƣớc sóng 494,324 nm 3p54p p 494,324 nm 3p54s D2 P1 Hình 2.22 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 494,324 nm[6] 49 Giữa hai trạng thái kích thích 3p54p 3p54s có tồn phép chuyển đặc trƣng 3S1 → 3P1 tƣơng ứng với bƣớc sóng 500,560 nm 3p54p S1 P1 p 500,560 nm 3p54s Hình 2.23 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K II 500,560 nm[6] Tổng hợp sơ đồ từ hình 2.13 đến hình 2.23 xây dựng đƣợc sơ đồ cấu trúc phổ K II hình 2.24 dƣới eV S0 25.0 P1 S1 D2 P2 P1 3 D2 D3 3p54p 3p54p 3p54p 3p 4p 3p54p 430,500 438,816 460,845 353,075 422,297 3p54s 3p54p 3p54p 3p54p 430,910 494,324 413,472 418,624 422,567 500,560 3p53d 20.0 482,923 3p 4s 60,7932 3p53d 3p54s 61,2625 60,07555 0.0 3p6 Hình 2.24 Sơ đồ cấu trúc phổ ion K II (Thế ion hóa: 31,63 eV)[6] 50 Nhìn vào sơ đồ Hình 2.24 ta có nhận xét nhƣ sau: - Có hai hệ thống có kết nối với nhau, bên trái hệ thống bội đơn (singlet) bên phải hệ thống bội ba (triplet), trạng thái thấp hệ thống ba ( 3P2 ) trạng thái với cấu trúc 3p54s nhƣ trạng thái thấp thứ hai hệ thống singlet (1P1) với cấu trúc 3p54s siêu bền (Siêu bền có nghĩa thời gian 108 giây; cịn 108 thời gian sống bình thƣờng cho trạng thái đƣợc sống phép; Các trạng thái siêu bền đƣợc làm trống thông qua chuyển tiếp bị cấm lƣỡng cực) - Sơ đồ cho thấy hầu hết phép chuyển tuân theo qui tắc chọn lọc lƣỡng cực: S  (giữa trạng thái 1S ,1P,1D; trạng thái 3S ,3P,3D); 1 1 1 3 3 1 L  ( P - P ) ; L  1 ( S - P , P - D ; S - P , P - D ) ; J  ( P1 - P1 , P2 D2 ,3S1 - 3P1 ); J  1 (1S0 - 1P1 ,1P1 - 1D2 ,3S1 - 3P2 ,3P2 - 3D3 ) Thông thƣờng, vạch phổ quan sát rõ xác suất chuyển mức lớn Tuy nhiên, sơ đồ đƣợc xây dựng từ liệu từ thực nghiệm [6] cho thấy có dịch chuyển vi phạm nguyên lý chọc lọc S  , đƣợc gọi dịch chuyển tổ hợp trung gian nhƣ dịch chuyển : 1P - 3P ;1P - 3D ;1S - 3P Nguyên nhân dịch chuyển tổ hợp trung gian tƣơng tác electron Nhƣ ta biết c ng với tăng nguyên tử số Z, tƣơng tác electron tăng, số dịch chuyển tổ hợp trung gian tăng lên, đồng thời với số hạng bội, phân bố cƣờng độ tổ hợp vạch trung gian trở thành đáng kể, phát phƣơng pháp thực nghiệm Mặc d vậy, xác suất dịch chuyển nhỏ đáng kể so với dịch chuyển tuân theo quy tắc chọn lọc Nhƣ sở liệu phổ đặc trƣng liên kết spin – quỹ đạo, sơ đồ cấu trúc phổ ion K II đƣợc xây dựng Sơ đồ liệu cần thiết cho nghiên cứu quang phổ mẫu chứa K [7, 8, 9, 10] 51 2.3.2 Xây ựng sơ đồ phổ ion K III Tƣơng tự, ta xây dựng sơ đồ vạch phổ ion K III Ion K III ion có đƣợc nguyên tử K bị hai electron lớp c ng Khi đƣợc kích thích, ion Kali tồn số trạng thái chuyển xuống trạng thái có lƣợng thấp đồng thời phát bƣớc sóng tƣơng ứng Ta xét số bƣớc sóng đặc trƣng sau: Giữa hai trạng thái kích thích 3s2 3p4 (1D)3d 3s23p5 có tồn phép chuyển đặc trƣng 2S1/2 → 2P1/2 tƣơng ứng với bƣớc sóng 40,210 nm 3s2 3p4 (1D)3d S1/2 40,210 nm 3s23p5 P1/2 Hình 2.25 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 40,210 nm[6] Giữa hai trạng thái kích thích 3s2 3p4 (1S)3d 3s23p5 có tồn phép chuyển đặc trƣng 2D5/2 → 2P3/2 tƣơng ứng với bƣớc sóng 40,896 nm 3s2 3p4 (1S)3d D5/2 40,896 nm 3s23p5 P3/2 Hình 2.26 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 40,896 nm[6] 52 Giữa hai trạng thái kích thích 3s2 3p4 (1S)4s 3s23p5 có tồn phép chuyển đặc trƣng 2S1/2 → 2P1/2 tƣơng ứng với bƣớc sóng 41,379 nm 3s2 3p4 (1S)4s S1/2 41,379 nm 3s23p5 P3/2 Hình 2.27 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 41,379 nm[6] Giữa hai trạng thái kích thích 3s2 3p4 (3P)3d 3s23p5 có tồn phép chuyển đặc trƣng 2P1/2 → 2P1/2 tƣơng ứng với bƣớc sóng 41,600 nm 3s2 3p4 (1P)3d P1/2 41,600 nm 3s23p5 P1/2 Hình 2.28 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 41,600 nm[6] Giữa hai trạng thái kích thích 3s2 3p4 (1D)4s 3s23p5 có tồn phép chuyển đặc trƣng 2D3/2 → 2P1/2 tƣơng ứng với bƣớc sóng 44,860 nm 3s2 3p4 (1D)4s D3/2 44,860 nm 3s23p5 P1/2 Hình 2.29 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 44,860 nm[6] 53 Giữa hai trạng thái kích thích 3s2 3p4 (3P)4s 3s23p5 có tồn phép chuyển đặc trƣng 2P3/2 → 2P3/2 tƣơng ứng với bƣớc sóng 47,009 nm 3s2 3p4 (3P)4s P3/2 47,009 nm 3s23p5 P3/2 Hình 2.30 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 47,009 nm[6] Giữa hai trạng thái kích thích 3s2 3p4 (3P)4s 3s23p5 có tồn phép chuyển đặc trƣng 2P1/2 → 2P1/2 ; 2P3/2 → 2P1/2 tƣơng ứng với bƣớc sóng 47,157 nm; 47,492 nm 3s 3p ( P)4s P1/2 P3/2 47,157 nm 47,492 nm nm 3s23p5 P1/2 Hình 2.31 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 47,157 nm; 47,492 nm[6] Giữa hai trạng thái kích thích 3s2 3p4 (3P)4s 3s23p5 có tồn phép chuyển 3p4→(32P)4s đặc trƣng3s4P3/2 P3/2 tƣơng ứng với bƣớc sóng 47,981 nm P3/2 47,981 nm 3s23p5 P3/2 Hình 2.32 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 47,981 nm[6] 54 Giữa hai trạng thái kích thích 3s23p4 (3P)3d 3s23p5 có tồn phép chuyển đặc trƣng 2F5/2 → 2P3/2 tƣơng ứng với bƣớc sóng 49,71 nm 3s2 3p4 (3P)3d F5/2 49,71 nm 3s23p5 P3/2 Hình 2.33 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 49,71 nm[6] Giữa hai trạng thái kích thích 3s2 3p4 (1D)3d 3s23p5 có tồn phép chuyển đặc trƣng 2D5/2 → 2P3/2 tƣơng ứng với bƣớc sóng 52,061 nm 3s2 3p4 (1D)3d D5/2 52,061 nm 3s23p5 P3/2 Hình 2.34 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 52,061 nm[6] Giữa hai trạng thái kích thích 3s3p6 3s23p5 tồn phép chuyển đặc trƣng S1/2 → 2P3/2; 2S1/2 → 2P1/2 tƣơng ứng với bƣớc sóng 76,564 nm; 77,853 nm 3s3p6 76,564 nm 77,853 nm nm S1/2 P1/2 P3/2 3s 3p 3p5 Hình 2.35 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 76,564 nm; 77,853 nm[6] 55 Giữa hai trạng thái kích thích 3s23p4 (3P)4p 3s23p4 (3P)4s có tồn phép chuyển đặc trƣng 4S3/2→ 4P5/2; 4S3/2→ 4P3/2; tƣơng ứng với bƣớc sóng 255,002nm; 263,511 nm 3s23p4(3P)4p S3/2 263,511 nm 255,002nm P3/2 3s 3p ( P)4s P5/2 Hình 2.36 Sơ đồ chuyển mức tạo thành vạch phổ K III 255,002nm; 263,511 nm[6] Từ bƣớc sóng đặc trƣng phép chuyển tƣơng ứng K III, biểu diễn hình từ 2.25 đến 2.36, dựng đƣợc sơ đồ cấu trúc phổ ion K III nhƣ hình 2.37 dƣới đây: 56 eV 2 P3/2 P1/2 3s23p4(1D)3d 30.0 2 S1/2 2 D3/2 F5/2 D5/2 3s 3p ( P)3d S3/2 P3/2 P5/2 3s23p4(3P)4p 3s23p4(1S)3d 4 3s23p4(1S)4s 41.600 3s23p4(1D)4s 263.511 44.860 3s23p4(3P)4s2 3s 3p ( P)4s 255.002 47.157 3s23p4(3P)4s 40.896 3s 3p ( P)3d 47.009 25.0 3s23p4(3P)4s 3s23p4(1D)3d 40.210 47.492 52.061 3s3p6 40.896 15.00 49.710 47.981 77.853 76.564 0.0 3s23p5 3s23p5 Hình 2.37 Sơ đồ cấu trúc phổ ion K III (Thế ion hóa: 45,81 eV)[6] Nhƣ sở liệu phổ đặc trƣng liên kết spin – quỹ đạo, sơ đồ cấu trúc phổ nguyên tử K III đƣợc xây dựng Nhìn vào sơ đồ cấu trúc phổ K III ta có nhận xét nhƣ sau: 57 - Có hai hệ thống vạch phổ có kết nối với nhau, bên trái có độ bội bên phải có độ bội 4, trạng thái thấp hệ thống có độ bội ( 2P1/2 ) trạng thái với cấu trúc 3s23p5 nhƣ trạng thái thấp thứ hai hệ thống có độ bội ( 4P5/2 ) với cấu trúc 3s23p4 (3P)4s bền vững sơ đồ - Sơ đồ cho thấy hầu hết phép chuyển tuân theo qui tắc chọn lọc lƣỡng cực : S  (giữa trạng thái 2S ,2P,2D,2F ; trạng thái 4S ,4P ) ; L  (2P - 2P ) ; L  1 (2S - 2P ,2P - 2D ;4S - 4P ) ; J  (2S1/2 - 2P1/2 ,2P1/2 P1/2 ,2P3/2 - 2P3/2 ,4S3/2 - 4P3/2 ); J  1 (2P1/2 - 2P3/2 ,2P1/2 - 2D3/2 ,2P3/2 - 2D5/2 ,4S3/2 - 4P5/2 ) Thông thƣờng, vạch phổ quan sát rõ xác suất chuyển mức lớn Tuy nhiên, sơ đồ đƣợc xây dựng từ liệu từ thực nghiệm [6] cho thấy có dịch chuyển vi phạm nguyên lý chọc lọc S  Chẳng hạn, dịch chuyển 2P - 4P có S  ; 2P3/2 - 2F5/2 có L  0, 1 Mặc d vạch phổ phát phƣơng pháp thực nghiệm, nhƣng xác suất dịch chuyển nhỏ đáng kể so với dịch chuyển tuân theo quy tắc chọn lọc Nhƣ sở liệu phổ đặc trƣng liên kết spin – quỹ đạo, sơ đồ cấu trúc phổ ion K III đƣợc xây dựng Sơ đồ liệu cần thiết cho nghiên cứu quang phổ mẫu chứa K [7, 8, 9, 10] Kết luận chƣơng Trong chƣơng vận dụng tính chất liên kết spin - quỹ đạo để khảo sát vạch phổ đặc trƣng K nguyên tử ion Từ xây dựng đƣợc sơ đồ cấu phổ mức lƣợng K I, K II, K III Các phép chuyển hầu hết tuân theo quy tắc chọn lọc thể rõ số hạng nguyên tử mức số hạng nguyên tử mức dƣới Đây công cụ cần thiết cho nghiên cứu quang phổ mẫu chứa K 58 KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu đề tài “Xác định cấu trúc phổ đặc trƣng nguyên tử ion Kali dựa tƣơng tác spin - quỹ đạo” thu đƣợc kết cụ thể sau đây: Căn vào đặc trƣng liên kết spin-quỹ đạo liệu phổ Viện tiêu chuẩn công nghệ quốc gia Hoa Kỳ–NIST, luận văn khảo sát vạch phổ đặc trƣng K nguyên tử ion Từ xây dựng đƣợc sơ đồ cấu trúc phổ tinh tế mức lƣợng K I, K II, K III; Từ sơ đồ cấu phổ K I, K II, K III nhận thấy phép chuyển hầu hết tuân theo quy tắc chọn lọc lựa Thông thƣờng, vạch phổ quan sát rõ xác suất chuyển mức lớn Đối với K I, dịch chuyển có S  (2S ,2P,2D ) ; L  1 (2S -  P ,2P - 2D ) ; J  (2S1/2 - 2P1/2 ); J  1 (2S1/2 - 2P3/2 ,2P1/2 - 2D3/2 ,2P3/2 - D5/2 ) Đối với K II, dịch chuyển có S  (giữa trạng thái 1S  ,1P,1D; trạng thái 3S ,3P,3D) ; L  (1P - 1P ) ; L  1 (1S - 1P ,1P - 1D ;3S - 3P ,3P - 3D ) ; J  (1P1 - 1P1 ,3P2 - 3D2 ,3S1 - 3P1 ); J  1 (1S0 P1 ,1P1 - 1D2 ,3S1 - 3P2 ,3P2 - 3D3 ) Đối với K III, dịch chuyển có S  (giữa trạng thái 2S  ,2P,2D,2F ; trạng thái 4S ,4P) ; L  (2P - 2P ) ; L  1 (2S - 2P ,2P D ;4S - 4P ) ; J  (2S1/2 - 2P1/2 ,2P1/2 - 2P1/2 ,2P3/2 - 2P3/2 ,4S3/2 - 4P3/2 ); 2 2 2 4 J  1 ( P1/2 - P3/2 , P1/2 - D3/2 , P3/2 - D5/2 , S3/2 - P5/2 ) Tuy nhiên, sơ đồ đƣợc xây dựng từ liệu từ thực nghiệm cho thấy có dịch chuyển vi phạm nguyên lý chọc lọc Đó dịch chuyển có S  K II: 1P - 3P ; 1P - 3D ; 1S - 3P; K III: 2P - 4P; dịch chuyển có 2 L  0, 1 K III nhƣ P3/2 - F5/2 Mặc d vạch phổ phát 59 phƣơng pháp thực nghiệm, nhƣng xác suất dịch chuyển nhỏ đáng kể so với dịch chuyển tuân theo quy tắc chọn lọc Sơ đồ cấu trúc phổ K I, K II, K III đƣợc xây dựng luận văn bao gồm vạch phép chuyển đặc trƣng tƣơng ứng, liệu cần thiết cho nghiên cứu quang phổ mẫu chứa K Trên thực tế, với nguyên tử hay ion có nhiều vạch sơ đồ cấu trúc tinh tế vạch phổ lớn với nhiều liệu Để xây dựng sơ đồ nhƣ cần có nghiên cứu sâu cần nhiều thời gian Đó hƣớng nghiên cứu có liên quan đề tài 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Đến, (2002), Quang phổ nguyên tử ứng dụng, NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh [2] Đinh Văn Hồng, (1974), Cấu trúc phổ nguyên tử, NXB Đại học Trung học chun nghiệp, Hà Nội [3] Hồng Nhâm,(2001), hóa vơ cơ, tập 2, NXB Giáo Dục [4] Phạm Luận, (2006), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội [5] Ronald Gautreau, William Savin, (2012), ật hi n i– thuyết tập, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [6] Cổng thông tin điện tử Viện tiêu chuẩn Công nghệ quốc gia Hoa Kỳ http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html, truy cập ngày 6/5/2019 [7] A W Miziolek, V Palleschi, and I Schechter, (2006), Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS): fundamentals and applications, Cambridge University Press, Cambridge, UK [8] Dr Reinhard Noll, (2012), Handbook of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, Springer Heidelberg Dordrecht London New York, ISBN 978-3642-20667-2 [9] А.П Зажогин, Чинь Н.Х., Булойчик, Г.Т Маслова Фам У.Т., И.Д Пашковская, Ж.И Исследование пространственное распределение катионов влияния фосфатов К на Al при высыхании капель белка на бумажных фильтрах методом ЛАЭМС Тезисы третьей Всороссийской научной конференции (с международным участием): «Успехи синтеза и комплексообразования» Конференция посвящена 55– летию РУДН Часть Москва, 21-25 апреля 2014 г - С 94 61 [10] Чинь Нгок Хоанг, М.П Патапович, Фам Уиен Тхи, И.Д Пашковская, Ж.И Булойчик, А.П Зажогин Влияние гидроксидов K и Nа на пространственное распределение Ca, Mg и Al в высохших каплях белка методом лазерной атомно-эмиссионной спектрометрии Вестн Бел гос ун-та – 2013 - Сер 1, № – С 29–33 ... cấu trúc phổ Kali việc làm cần thiết Đó lý chọn đề tài ? ?Xác định cấu trúc phổ đặc trưng nguyên tử ion Kali dựa tương tác spin - quỹ đạo? ?? làm đề tài luận văn thạc sĩ Mục tiêu nghiên cứu Xác định. .. vạch phổ đặc trƣng xây dựng sơ đồ cấu trúc phổ K I, K II, K III chƣơng 24 Chƣơng 2: CẤU TRÚC CÁC VẠCH PHỔ ĐẶC TRƢNG CỦA KALI NGUYÊN TỬ VÀ CÁC ION 2.1 Nguyên tố K vạch phổ đặc trƣng 2.1.1 Nguyên. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH PHẠM PHÚ VINH XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC PHỔ ĐẶC TRƢNG CỦA NGUYÊN TỬ VÀ CÁC ION KALI DỰA TRÊN TƢƠNG TÁC SPIN- QUỸ ĐẠO LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ