Xây dựng cấu trúc phổ nguyên tử mg dựa trên tương tác spin quỹ đạo

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH - ĐẶNG THỊ HỒNG PHƯƠNG XÂY DỰNG CẤU TRÚC PHỔ NGUYÊN TỬ Mg DỰA TRÊN TƯƠNG TÁC SPIN - QUỸ ĐẠO LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Nghệ An, 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH - ĐẶNG THỊ HỒNG PHƯƠNG XÂY DỰNG CẤU TRÚC PHỔ NGUYÊN TỬ Mg DỰA TRÊN TƯƠNG TÁC SPIN - QUỸ ĐẠO Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Người hướng dẫn khoa học: TS: Trịnh Ngọc Hoàng Nghệ An, 2016 LỜI CẢM ƠN Bản luận văn hồn thành nhờ q trình nỗ lực thân hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Trịnh Ngọc Hoàng Thầy đặt tốn, tận tình hướng dẫn, ln quan tâm, động viên giúp đỡ tác giả suốt thời gian hoàn thành luận văn Đối với tác giả, học tập nghiên cứu hướng dẫn thầy niềm vinh dự lớn lao Nhân dịp này, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Trịnh Ngọc Hoàng giúp đỡ quý báu nhiệt tình Tơi xin phép cảm ơn thầy cô tham gia giảng dạy, đào tạo lớp Quang học 22, cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Vật lý Cơng nghệ, Phịng đào tạo sau đại học, Ban lãnh đạo Trường Đại học Vinh, 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 22 – chuyên ngành Quang học Trường Đại học Vinh động viên, giúp đỡ suốt trình học tập Xin chân thành cảm ơn ! Tác giả MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC .2 DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Những đóng góp đề tài 10 7.Cấu trúc luận văn .10 CHƯƠNG 1: ĐẶC TRƯNG LIÊN KẾT SPIN-QUỸ ĐẠO VÀ ĐẠI CƯƠNG VỀ NGUYÊN TỐ MG 11 1.1 Đặc trưng liên kết spin-quỹ đạo 11 1.2 Đại cương nguyên tố Mg 21 CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC PHỔ CỦA Mg NGUYÊN TỬ VÀ CÁC ION … .24 2.1 Sơ đồ cấu trúc phổ nguyên tử Mg trung hòa .24 2.1.1 Các vạch đặc trưng MgI .24 2.1.2 Xây dựng sơ đồ phổ 29 2.2.Sơ đồ cấu trúc phổ ion Mg 34 2.2.1 Các vạch đặc trưng ion Mg II 34 2.2.2 Các vạch đặc trưng ion Mg III 36 2.2.3 Xây dựng sơ đồ phổ ion Mg 39 KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Ký hiệu NIST AO [L, S] Laser Diễn giải National Institute of Standards and Technology (Viện tiêu chuẩn công nghệ quốc gia Hoa Kỳ) Atomic orbital (Oobitan nguyên tử) Liên kết Russell – Saunder Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Mg I Ký hiệu phổ Ma-giê trung hòa Mg II Ký hiệu phổ Ma-giê ion hóa lần (Mg+) Mg III Ký hiệu phổ Ma-giê ion hóa hai lần (Mg++) DANH MỤC HÌNH VẼ TT Tên hình vẽ Trang 1.1 Nguyên tố Mg (a) cấu trúc nguyên tử Mg (b) 22 2.1 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg I 382,935nm 29 2.2 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg I 383,229nm 29 2.3 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg I 383,230nm 29 2.4 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg I 383,829nm 30 2.5 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg I 383,8292nm 30 2.6 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg I 516,732nm 30 2.7 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg I 517,268nm 30 2.8 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg I 518,360nm 31 2.9 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg I 457,10nm 31 2.10 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg I 202,582nm 31 2.11 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg I 285,212nm 31 2.12 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg I 552,840nm 32 2.13 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg I 880,6756nm 32 2.14 Sơ đồ cấu trúc phổ nguyên tử Mg I 33 2.15 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 279,007nm 40 2.16 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 279,7998 nm 40 2.17 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 279,5528nm 40 2.18 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 280,2705nm 41 2.19 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 292,8634nm 41 2.20 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 293,650nm 41 2.21 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 123,9925nm 41 2.22 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 124,0399nm 42 2.23 Sơ đồ cấu trúc phổ ionMg II 42 2.24 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 23,17336 nm 43 2.25 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 23,42644 nm 43 2.26 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 168,7080 nm 43 2.27 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 169,7274 nm 44 2.28 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 172,2039 nm 44 2.29 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 173,8834 nm 44 2.30 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 174,8921 nm 44 2.31 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 178,3246 nm 45 2.32 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 179,4572 nm 45 2.33 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 180,0650 nm 45 2.34 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 203,9549 nm 45 2.35 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 205,5483 nm 46 2.36 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 211,2776 nm 46 2.37 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 217,7697 nm 46 2.38 Sơ đồ cấu trúc phổ ion Mg III 47 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Tên bảng Trang 1.1 Giá trị số lượng tử S tương ứng với số lượng tử 17 1.2 Thuộc tính vật lý nguyên tử Mg 23 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 Tóm tắt số hạng nguyên tử mức lượng kích thích đặc trưng Mg I Các bước sóng đặc trưng phép chuyển tương ứng Mg I Tóm tắt số hạng nguyên tử mức lượng kích thích đặc trưng Mg II Các bước sóng đặc trưng phép chuyển tương ứng Mg II Tóm tắt số hạng nguyên tử mức lượng kích thích đặc trưng Mg III Các bước sóng đặc trưng phép chuyển tương ứng Mg III 28 28 35 36 38 39 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Đại lượng Diễn giải  n ,l , m Hàm sóng N Số lượng tử L Số lượng tử quỹ đạo S Spin ms Số lượng tử từ spin J Mômen động lượng tổng cộng L Mômen động lượng 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 lượng tương tác EJ , J 1 Khoảng cách hai mức liền kề J J + E0 Năng lượng nguyên tử trạng thái En Năng lượng nguyên tử trạng thái kích thích l MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Quang phổ học đóng vai trị cốt yếu phát triển thuyết nguyên tử đại Các phương pháp đo phổ cung cấp công cụ sử dụng rộng rãi việc so sánh cấu trúc loại phân tử phân tích định tính định lượng hợp chất vơ hữu Chương trình vật lý phổ thơng nghiên cứu cấu trúc phổ nguyên tử hiđrô dựa hai tiên đề Bohr Hạn chế tiên đề Bohr giải thích quang phổ ngun tử hiđrơ ngun tử có điện tử tương tự hiđrơ mà khơng giải thích quang phổ nguyên tử có nhiều electron Do nguyên tố, việc cần thiết nghiên cứu chuyển mức xây dựng sơ đồ cấu trúc phổ chúng Ma-giê (Magnesium - Mg) nguyên tố phổ biến thiếu thể người Tuy vậy, chưa có tài liệu trình bày đầy đủ cấu trúc phổ Mg Chính vậy, nghiên cứu xây dựng sơ đồ cấu trúc phổ Mg việc làm cần thiết Đó lý tơi chọn đề tài “Xây dựng cấu trúc phổ nguyên tử Mg dựa tương tác spin - quỹ đạo” làm đề tài luận văn thạc sĩ Mục đích nghiên cứu Xây dựng sơ đồ cấu trúc phổ nguyên tử Mg I, ion Mg II, Mg III Nhiệm vụ nghiên cứu Xây dựng sơ đồ cấu trúc tinh tế mức lượng nguyên tử Mg ion sở nghiên cứu đặc trưng tương tác spin - quỹ đạo Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung luận văn giới hạn việc xây dựng sơ đồ cấu trúc phổ nguyên tử Mg trung hòa; Sơ đồ cấu trúc phổ ion Mg dựa sở nghiên cứu vạch đặc trưng Mg I, Mg II, Mg III Phương pháp nghiên cứu 36 Bảng 2.4 - Các bước sóng đặc trưng phép chuyển tương ứng Mg II: [6] Trạng thái Bước sóng (nm) Cường độ phổ tương đối 279,007 2p63p P1/2 2p63d 2 279,5528 13 2p63s S1/2 2p63p 279,7998 10 2p63p P3/2 2p63d 280,2705 12 2p63s S1/2 2p63p P1/2 292,8634 2p63p P1/2 2p64s S1/2 293,650 10 2p63p P3/2 2p64s S1/2 123,9925 25 2p63s S1/2 2p64p P3/2 924,4266 13 2p63s S1/2 2p64p P1/2 TT Cấu hình Số hạng nguyên tử Trạng thái Cấu hình Số hạng nguyên tử D3/2 P3/2 D5/2 2.2.2 Các vạch đặc trưng ion Mg III  Cấu hình điện tử 2s22p6 Đối với cấu hình này, tất điện tử lấp đầy phân lớp Do mômen động lượng quỹ đạo tổng cộng L xác định theo cơng thức (1.8) có độ lớn: L = 0, mômen spin tổng cộng S xác định theo cơng thức (1.9) có độ lớn: S = Ta tìm độ bội theo cơng thức (1.11) có giá trị   , mômen động lượng tổng cộng J xác định theo cơng thức (1.10) có độ lớn J = Ta ký hiệu trạng thái số hạng 1S0  Cấu hình điện tử kích thích 2s22p53s Đối với cấu hình ngun tắc phải khảo sát liên kết [ L , S ] electron phân lớp p electron phân lớp s Tuy nhiên, cấu hình điện tử bù có quan hệ [ L , S ] nhau, tức chúng có số hạng nguyên tử (atomic term) [2] Do vậy, thay khảo sát electron ta cần khảo sát electron đủ, electron phân lớp p electron phân lớp s Điện tử ta có: n1 = 2, l1 = 1, s1 = ½; Đối với điện tử ta có: n2 = 3, l2 = 0, s2 = ½ Ta tìm mơmen động lượng quỹ đạo tổng cộng L xác định theo công thức (1.8) có 37 độ lớn: L = 1, mơmen spin tổng cộng S xác định theo công thức (1.9) có độ lớn: S = 0, + Trường hợp: L = 1, S = Ta tìm độ bội theo cơng thức (1.11) có giá trị   , mômen động lượng tổng cộng J xác định theo cơng thức (1.10) có độ lớn J = Ta ký hiệu trạng thái số hạng 1P1 + Trường hợp: L = 1, S = Ta tìm độ bội theo cơng thức (1.11) có giá trị   , mơmen động lượng tổng cộng J xác định theo công thức (1.10) có độ lớn J = 0,1,2 Ta ký hiệu trạng thái số hạng P012 Việc tổ hợp vector L , S theo tương tác spin-quỹ đạo thể qua bảng sau: S L 1 0,1,2  Cấu hình điện tử kích thích 2s22p53p Lập luận tương tự trên, điện tử ta có: n1 = 2, l1 = 1, s1 = ½; Đối với điện tử ta có: n2 = 3, l2 = 1, s2 = ½ Ta tìm mơmen động lượng quỹ đạo tổng cộng L xác định theo cơng thức (1.8) có độ lớn: L = 2,1,0, mômen spin tổng cộng S xác định theo cơng thức (1.9) có độ lớn: S = 0, + Trường hợp: L = 2, S = Ta tìm độ bội theo cơng thức (1.11) có giá trị   , mômen động lượng tổng cộng J xác định theo công thức (1.10) có độ lớn J = 1,2,3 Ta ký hiệu trạng thái số hạng 3D123 + Trường hợp: L = 1, S = Ta tìm độ bội theo cơng thức (1.11) có giá trị   , mômen động lượng tổng cộng J xác định theo cơng thức (1.10) có độ lớn J = 0,1,2 Ta ký hiệu trạng thái số hạng P012 + Trường hợp: L = 0, S = Ta tìm độ bội theo cơng thức (1.11) có giá trị   , mơmen động lượng tổng cộng J xác định theo công thức (1.10) có độ lớn J = Ta ký hiệu trạng thái số hạng 3S1 38 + Trường hợp: L = 2, S = Ta tìm độ bội theo cơng thức (1.11) có giá trị   , mômen động lượng tổng cộng J xác định theo cơng thức (1.10) có độ lớn J = Ta ký hiệu trạng thái số hạng 1D2 + Trường hợp: L = 1, S = Ta tìm độ bội theo cơng thức (1.11) có giá trị   , mơmen động lượng tổng cộng J xác định theo công thức (1.10) có độ lớn J = Ta ký hiệu trạng thái số hạng 1P1 + Trường hợp: L = 0, S = Ta tìm độ bội theo cơng thức (1.11) có giá trị   , mômen động lượng tổng cộng J xác định theo cơng thức (1.10) có độ lớn J = Ta ký hiệu trạng thái số hạng 1S0 Căn số hạng nguyên tử vừa thiết lập liệu phổ NIST [6] dẫn Bảng 2.5 – Bảng tóm tắt số hạng nguyên tử mức lượng kích thích đặc trưng Mg III Bảng 2.6 - Các bước sóng đặc trưng phép chuyển tương ứng Mg III Bảng 2.5 – Bảng tóm tắt số hạng nguyên tử mức lượng kích thích đặc trưng Mg III [6] Cấu hình Số hạng 2s22p6 2p53s S P P J Năng lượng (eV) Cấu hình 0,00 2p53p Số hạng J Năng lượng (eV) 58,95485 53,50290 58,84972 53,04690 58,77511 52,92490 59,42132 52,77267 59,44497 59,36935 S 57,94755 D 59,19448 D 3 P P 59,31088 S 61,49766 39 Bảng 2.6 - Các bước sóng đặc trưng phép chuyển tương ứng Mg III [6] Cường Bước sóng độ phổ TT (nm) tương đối Trạng thái Cấu hình Trạng thái Mức lượng (eV) Cấu hình 2s22p53s 2s22p53s 58.95485 2s22p53d D3 58.77511 2s22p53d D2 58.84972 2s22p53d 3 D3 58.77511 2s22p53d D2 58.84972 2s22p53d Số hạng nguyên tử S0 Số hạng nguyên tử P1 23.17336 100 2s22p6 23.42644 80 2s22p6 168.7080 13 2s22p53p 169.7274 13 2s22p53p 172.2039 10 2s22p53p 173.8834 22 2s22p53p 174.8921 18 2s22p53p 178.3246 20 2s22p53p P2 59.36935 2s22p53d 179.4572 14 2s22p53p P1 59.44497 2s22p53d 10 180.0650 15 2s22p53p D2 59.19448 2s22p53d 11 203,9549 15 2s22p53s P2 52.77267 2s22p53p 12 205,5483 15 2s22p53s P1 52.92490 13 211,2776 15 2s22p53s P1 14 217,7697 20 2s22p53s P1 S0 D1 P1 Mức lượng (eV) 53.50290 52.92490 D2 66.30388 F3 66.08001 F2 66.04957 F4 65.90541 F3 65.93890 D3 66.32207 D2 66.35381 F3 66.08001 D2 58.84972 2s22p53p D1 58.95485 53.50290 2s22p53p 53.50290 2s22p53p P2 59.36935 D2 59.19448 2.2.3 Xây dựng sơ đồ phổ ion Mg Các trạng thái kích thích tồn khoảng thời gian ngắn, khoảng 10-8s trở trạng thái Khi trở trạng thái nguyên tử phát photon lượng Các photon lượng có chuyển trạng thái số hạng tương ứng với mức lượng cao số hạng tương ứng với mức lượng thấp tuân theo quy tắc chọn lọc Đối với Mg II, phép chuyển mơ tả sơ đồ hình 2.15 đến 2.22 40 Giữa hai trạng thái kích thích 2p63d 2p63p có tồn phép chuyển đặc trưng 2D3/2 → 2P1/2 tương ứng với bước sóng 279,007nm 2p63d D3/2 279,007 nm P1/2 2p63p 2p p Hình 2.15.2p Sơ63đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 279,007 nm p Giữa hai trạng thái kích thích 2p63d 2p63p có tồn phép chuyển đặc trưng 2D5/2 → 2P3/2 tương ứng với bước sóng 279,7998nm 2p63 2p p 63d D5/2 2p63 p6 279,7998 nm 2p 3p P3/2 Hình 2.16 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 279,7998nm Giữa hai trạng thái kích thích 2p63p 2p63s có tồn phép chuyển đặc trưng 2P3/2 → 2S1/2 tương ứng với bước sóng 279,5528nm 2p63p P3/2 S1/2 279,5528 nm 2p63s Hình 2.17 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 279,5528 nm Giữa hai trạng thái kích thích 2p63p 2p63s có tồn phép chuyển đặc trưng 2P1/2 → 2S1/2 tương ứng với bước sóng 280,2705nm 41 2p63p P1/2 S1/2 280,2705 nm 2p63s Hình 2.18 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 280,2705 nm Giữa hai trạng thái kích thích 2p64s 2p63p có tồn phép chuyển đặc trưng 2S1/2 → 2P1/2 tương ứng với bước sóng 292,8634nm 2p64s S1/2 P1/2 292,8634 nm 2p63p Hình 2.19 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 292,8634 nm Giữa hai trạng thái kích thích 2p64s 2p63p có tồn phép chuyển đặc trưng 2S1/2 → 2P3/2 tương ứng với bước sóng 292,650nm; 2p64s S1/2 P3/2 293,650 nm 2p63p Hình 2.20 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 293,650 nm Giữa hai trạng thái kích thích 2p64p 2p63s có tồn phép chuyển đặc trưng 2P3/2 → 2S1/2 tương ứng với bước sóng 123,9925nm 2p64p P3/2 S1/2 123,9925nm 2p63s Hình 2.21 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 123,9925 nm 42 Giữa hai trạng thái kích thích 2p64s 2p63s có tồn phép chuyển đặc trưng 2P1/2 → 2S1/2 tương ứng với bước sóng 124,0399nm 2p64s P1/2 S1/2 124,0399 nm 2p63s Hình 2.22 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg II 124,0399 nm Từ bước sóng đặc trưng phép chuyển tương ứng Mg II, dựng sơ đồ cấu trúc phổ ion Mg II hình 2.23 đây: eV 2 S1/2 10.0 4p P3/2 4s 3d 3d 124,03947 123,9925 SS S D5/2 4p 924 8.0 D3/2 P1/2 279,007 293,65 279,7998 292,8634 6.0 3p 3p 4.0 280,2706 279,5528 2.0 3s Hình 2.23 Sơ đồ cấu trúc phổ ion Mg II 43 Tương tự, ta xây dựng sơ đồ vạch phổ ion Mg III Ion Mg III ion có nguyên tử Mg bị hai electron lớp Khi hai electron, ion Mg tồn số trạng thái kích thích chuyển xuống trạng thái thấp đồng thời phát bước sóng tương ứng Ta xét số bước sóng đặc trưng sau Giữa hai trạng thái kích thích 2s22p53s 2s22p6 có tồn phép chuyển đặc trưng 1P1 → 1S0 tương ứng với bước sóng 23,17336nm 2p53s P1 S0 23,17336 nm 2s22p Hình 2.24 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 23,17336nm 2p6 Giữa hai trạng thái kích thích 2s22p53s 2s22p6 có tồn phép chuyển đặc trưng 3P1 → 1S0 tương ứng với bước sóng 23,42644 nm 2p53s P1 S0 23,42644nm 2s22p6 Hình 2.25 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 23,42644 nm Giữa hai trạng thái kích thích 2s22p53d 2s22p53p có tồn phép chuyển đặc trưng 1D2 → 3D1 tương ứng với bước sóng 168,7080 nm 2p53d D2 D1 168.7080nm 2p53p Hình 2.26 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 168,7080 nm Giữa hai trạng thái kích thích 2s22p53d 2s22p53p có tồn phép chuyển đặc trưng 3F1 → 3D3 tương ứng với bước sóng 169,7274 nm 44 2p53d F1 D3 169,7274nm 2p53p Hình 2.27 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 169,7274 nm Giữa hai trạng thái kích thích 2s22p53d 2s22p53p có tồn phép chuyển đặc trưng 3F2 → 3D2 tương ứng với bước sóng 172,2039nm 2p53d F2 D2 172,2039 nm 2p53p Hình 2.28 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 172,2039 nm Giữa hai trạng thái kích thích 2s22p53d 2s22p53p có tồn phép chuyển đặc trưng 4F3 → 3D3 tương ứng với bước sóng 173,8834 nm 2p53d F4 D3 173,8834nm 2p53p Hình 2.29 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 173,8834 nm Giữa hai trạng thái kích thích 2s22p53d 2s22p53p có tồn phép chuyển đặc trưng 3F3 → 3D2 tương ứng với bước sóng 174,8921 nm 2p53d F3 D2 174,8921 nm 2p53p Hình 2.30 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 174,8921nm Giữa hai trạng thái kích thích 2s22p53d 2s22p53p có tồn phép chuyển đặc trưng 3D3 → 3P2 tương ứng với bước sóng 178,3246 nm 45 2p53d D3 P2 178,3246 nm 2p53p Hình 2.31 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 178,3246nm Giữa hai trạng thái kích thích 2s22p53d 2s22p53p có tồn phép chuyển đặc trưng 3D2 → 3P1 tương ứng với bước sóng 179,4572 nm 2p53d D2 P1 179,4572 nm 2p53p Hình 2.32 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 179,4572nm Giữa hai trạng thái kích thích 2s22p53d 2s22p53p có tồn phép chuyển đặc trưng 1F3 → 1D2 tương ứng với bước sóng 180,0650 nm 2p53d F3 180,0650 nm 2p53p D2 Hình 2.33 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 180,0650nm Giữa hai trạng thái kích thích 2s22p53p 2s22p53s có tồn phép chuyển đặc trưng 3D2 → 3P2 tương ứng với bước sóng 203,9549 nm 2p53p D2 P2 203,9549 nm 2p53s Hình 2.34 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 203,9549nm 46 Giữa hai trạng thái kích thích 2s22p53p 2s22p53s có tồn phép chuyển đặc trưng 3D1 → 3P1 tương ứng với bước sóng 205,5483 nm 2p53p D1 P1 205,5483nm 2p53s Hình 2.35 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 205,5483nm Giữa hai trạng thái kích thích 2s22p53p 2s22p53s có tồn phép chuyển đặc trưng 3P2 → 1P1 tương ứng với bước sóng 211,2776 nm 2p53p P2 p1 211,2776nm 2p53s Hình 2.36 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 211,2776nm Giữa hai trạng thái kích thích 2s22p53p 2s22p53s có tồn phép chuyển đặc trưng 1D2 → 1P1 tương ứng với bước sóng 217,7697 nm 2p53p D2 P1 217,7697nm 2p53s Hình 2.37 Sơ đồ chuyển mức vạch phổ Mg III 217,7697nm Từ bước sóng đặc trưng phép chuyển tương ứng Mg I biểu diễn hình từ 2.24 đến 2.37, dựng sơ đồ cấu trúc phổ nguyên tử Mg III hình 2.38 47 eV 1 P1 S0 D2 F3 P1 P2 3 3d 3d D1 D2 D3 F2 F3 F4 70,0 3d 3d + 3d 3d 174,8921 179,4572 168,7080 3d 172,2039 169,7274 180,0650 178,32462 3p 60,0 3p 3p 3p 3p 173,8834 3p 203,9549 217,769 206,4905 211,2776 205,5483 3s 3s 50,0 3s 23,17336 23,42644 0,00 2p 0,00 Hình 2.38 Sơ đồ cấu trúc phổ ion Mg III Như sở liệu phổ đặc trưng liên kết spin – quỹ đạo, sơ đồ cấu trúc phổ nguyên tử Mg III xây dựng Nhìn vào sơ đồ dễ dàng nhận phép chuyển quan trọng bước sóng lượng chuyển mức tương ứng Các phép chuyển tuân theo quy tắc chọn lọc thể rõ số hạng nguyên tử mức số hạng nguyên tử mức Khác với sơ đồ cấu trúc phổ Mg I Mg II, sơ đồ cấu trúc phổ Mg III xây dựng thang lượng lớn nhiều 48 Kết luận chương Trong chương vận dụng tính chất liên kết spin - quỹ đạo để khảo sát vạch phổ đặc trưng Mg nguyên tử ion Từ xây dựng sơ đồ cấu trúc phổ mức lượng Mg I, Mg II, Mg III Các phép chuyển tuân theo quy tắc chọn lọc thể rõ số hạng nguyên tử mức số hạng nguyên tử mức Đây công cụ cần thiết cho nghiên cứu quang phổ mẫu chứa Mg 49 KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu đề tài “Xây dựng cấu trúc phổ nguyên tử Mg dựa tương tác spin-quỹ đạo” thu kết cụ thể sau đây: Luận văn tìm hiểu tổng quan kim loại Mg, đặc trưng liên kết mômen quỹ đạo mômen spin điện tử với (liên kết spin-quỹ đạo) Đó sở quan trọng để vận dụng khảo sát vạch phổ đặc trưng xây dựng sơ đồ cấu trúc phổ Mg I, Mg II, Mg III; Trên sở vào đặc trưng liên kết spin-quỹ đạo liệu phổ Viện tiêu chuẩn công nghệ quốc gia Hoa Kỳ–NIST để khảo sát vạch phổ đặc trưng Mg nguyên tử ion Từ xây dựng sơ đồ cấu trúc phổ tinh tế mức lượng Mg I, Mg II, Mg III; Từ sơ đồ cấu trúc phổ mức lượng Mg I, Mg II, Mg III nhận thấy rằng phép chuyển tuân theo quy tắc chọn lọc thể rõ số hạng nguyên tử mức số hạng nguyên tử mức Các sơ đồ với vạch phổ đặc trưng Mg I, Mg II, Mg III công cụ cần thiết cho nghiên cứu quang phổ mẫu chứa Mg 50 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 chuyên 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), Vật lý đại – lý 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/Cgibin/ASD/linnes1.Pl, truy cập ngày 1/4/2016 [7] A Pichahchy, D Cremers, M Ferris, (1997), “Elemental analysis of metals under water using laser – induced breakdown spectroscopy”, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, (52), Issue 1, 25–39 [8] Trinh Ngoc Hoang et al., (2014), Quantitative estimation of Ca, Mg and Al content in biological fluids using the laser atomic – emission spectrometry irradiation, Journal Vestnik BSU – Issue 1, Belarusian State University, 31-36 [9] Pekguleryuz M.O., Kainer K.U., (2013), Fundamentals of Magnesium Alloy Metallurgy, Oxford, Cambridge, Philadelphia, New Delhi: Woodhead Publishing Limited, 2013, 381 p ... chọn đề tài ? ?Xây dựng cấu trúc phổ nguyên tử Mg dựa tương tác spin - quỹ đạo? ?? làm đề tài luận văn thạc sĩ Mục đích nghiên cứu Xây dựng sơ đồ cấu trúc phổ nguyên tử Mg I, ion Mg II, Mg III Nhiệm vụ... để xây dựng sơ đồ cấu trúc phổ nguyên tố Mg Những đóng góp đề tài Dựa đặc trưng liên kết [L, S] liệu phổ Mg, đề tài xây dựng sơ đồ cấu trúc phổ Mg I, Mg II, Mg III Sơ đồ cấu trúc phổ Mg I, Mg. .. CẤU TRÚC PHỔ CỦA Mg NGUYÊN TỬ VÀ CÁC ION Trong chương vận dụng tính chất liên kết spin - quỹ đạo để khảo sát vạch phổ đặc trưng Mg nguyên tử ion Từ xây dựng sơ đồ cấu trúc phổ mức lượng Mg I, Mg