Ảnh hưởng của quá trình tự hấp thụ lên quang phổ vạch phát xạ của nhôm (396, 152nm)

Đây là phương pháp xác định nồng độ hay hàm lượng của một hay một số nguyên tố trong mẫu phân tích bằng cách đo cường độ vạch phổ phát xạ của nguyên tố đó khi mẫu được kích thích.. Cường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin được gửi tới thầy giáo – TS.Trịnh Ngọc Hoàng lời biết ơn

sâu sắc và chân thành nhất Thầy là người đã trực tiếp giao đề tài và hướng dẫn tận tình, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Vật Lý và Công Nghệ, các anh chị và các bạn đã giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành tốt luận văn

Cuối cùng tôi xin được cảm ơn những người thân yêu trong gia đình đã luôn động viên cổ vũ để tôi hoàn thành tốt luận văn của mình

Nghệ An, tháng 5 năm 2016 Học viên

Nguyễn Thị Hiền

MỤC LỤC

MỤC LỤC iii

BẢNG DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VẬT LÝ vii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 CẤU TRÚC PHỔ CỦA NHÔM 4

1.1 Sơ đồ các mức năng lượng của Nhôm 4

1.1.1 Đại cương về nguyên tố Nhôm 4

1.1.2 Đặc trưng liên kết [L,S] 6

1.1.3 Sơ đồ cấu trúc phổ tinh tế của nguyên tử Nhôm 14

1.2 Các vạch phổ đặc trưng của Nhôm 24

Kết luận chương 1 25

Chương 2 ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH TỰ HẤP THỤ LÊN QUANG PHỔ VẠCH PHÁT XẠ CỦA NHÔM (396,152 nm) 26

2.1 Sự xuất hiện vạch quang phổ và nguyên tắc đo phổ phát xạ 26

2.2 Ảnh hưởng của quá trình tự hấp thụ lên quang phổ vạch phát xạ của Nhôm (396,152 nm) ……… ……… 27

2.2.1 Hiện tượng tự hấp thụ (Self- absorption)…… 27

2.2.2 Ảnh hưởng của quá trình tự hấp thụ lên quang phổ vạch phát xạ của Nhôm (396,152 nm) 39

Kết luận chương 2 44

KẾT LUẬN CHUNG ……….…… 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….… …46

BẢNG DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

[L, S] Liên kết Russell – Saunder

LIP Pulsed laser-induced plasmas

(Plasma tạo bởi laser)

LIBS

Laser-induced breakdown

spectroscopy (Kỹ thuật quang phổ kích thích bằng

Aluminium Garnet

s n 1

d 19 Hình 1.4 – Các trạng thái cấu hình 3 2

s n 1

p 20 Hình 1.5 – Sơ đồ cấu trúc phổ tinh tế các mức năng lượng của Nhôm 23 Hình 1.6– Sơ đồ các vạch phổ đặc trưng của Nhôm (396,152 nm) và Nhôm (394,400 nm) 24 Hình 2.1 – Mô tả hình dạng phổ dưới sự tác động của tự hấp thụ 34

Hình 2.2 – Mối quan hệ tuyến tính giữa cường độ I và nồng độ C 35

Hình 2.3 – Sự phụ thuộc tỉ số bước sóng vào hệ số tự hấp thụ theo thực nghiệm

và dự đoán của lý thuyết……… 38 Hình 2.4 – Sự phụ thuộc tỉ số cường độ vạch phổ vào hệ số tự hấp thụ theo thực nghiệm và dự đoán của lý thuyết……… 39 Hình 2.5–Sự phụ thuộc cường độ vạch quang phổ phát xạ Nhôm (396,152 nm) vào nồng độ C 41

Hình 2.6 – Đồ thị mối quan hệ I-C trong miền 0,02- 0,2 % 42 Hình 2.7 – Đồ thị mối quan hệ I-C trong miền 0,3- 0,9 % 42

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thuộc tính vật lý của nguyên tử Nhôm 5 Bảng 1.2 Giá trị số lượng tử S tương ứng với số điện tử 9

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VẬT LÝ

L Số lượng tử quĩ đạo

M Hình chiếu của mômen spin toàn phần

E Năng lượng tương tác

 Khoảng cách giữa hai mức liền kề nhau J và J + 1

E0 Năng lượng của nguyên tử ở trạng thái cơ bản

En Năng lượng của nguyên tử ở trạng thái kích thích

c Vận tốc ánh sáng

 Bước sóng của bức xạ

C Hàm lượng của nguyên tố khảo sát trong mẫu

a Hằng số của điều kiện thực nghiệm

 Hệ số hấp thụ năng lượng laser

Ej Năng lượng ion hoá

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Phương pháp phân tích phổ phát xạ nguyên tử là một kỹ thuật phân tích hóa lý đã và đang được phát triển rộng rãi trong nhiều ngành khoa học của nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là các nước phát triển phương pháp này là tiêu chuẩn

để phân tích lượng vết kim loại trong nhiều đối tượng mấu khác nhau như đất, không khí, thực phẩm… Đây là phương pháp xác định nồng độ hay hàm lượng của một hay một số nguyên tố trong mẫu phân tích bằng cách đo cường độ vạch

phổ phát xạ của nguyên tố đó khi mẫu được kích thích

Cường độ vạch phổ phát xạ của một nguyên tố nào đó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như nồng độ nguyên tử trong mẫu, điều kiện khảo sát, điều kiện hóa hơi…… Tuy nhiên, trong quá trình phát xạ vạch phổ có những quá trình phụ khác ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ phát xạ: quá trình bay hơi, quá trình tự hấp thụ, quá trình ion hóa… Trong đó, quá trình tự hấp thụ - là hiện tượng một nguyên tử có khả năng hấp thụ tia bức xạ do chính một nguyên tử khác cùng loại của chúng phát ra Đặc biệt, một nguyên tử chỉ hấp thụ những tia bức xạ mà chính nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ (định luật Kirschhoff) là một

trong những quá trình có ảnh hưởng không nhỏ lên cường độ vạch phổ [2] [4]

Trong nhiều nghiên cứu sử dụng phân tích phổ hấp thụ hay phát xạ thì kim loại Nhôm (Al) là nguyên tố đặc biệt được chú ý đến Bởi nguyên tố Nhôm

là một trong những nguyên tố đa vi lượng có mặt hầu hết trong các cơ thể sống Nguyên tố này là một trong các nguyên tố được ứng dụng rất nhiều trong các ngành nghề chế tạo

Chính vì vậy, khảo sát quang phổ phát xạ của Nhôm có để ý đến quá trình

tự hấp thụ là rất cần thiết Do đó tôi đã chọn đề tài: “Ảnh hưởng của quá trình

tự hấp thụ lên quang phổ vạch phổ phát xạ của Nhôm (396,152 nm)” làm đề

tài luận văn tốt nghiệp của mình

2 Mục tiêu, mục đích nghiên cứu

Trong luận văn này, chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tự hấp thụ lên quang phổ vạch phổ phát xạ của Nhôm (396,152 nm) Từ đó đề xuất phương án giảm thiểu tác động của quá trình tự hấp thụ lên kết quả đo đạc khi khảo sát quang phổ vạch phát xạ của Nhôm và các nguyên tố khác

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Tìm hiểu sơ đồ cấu trúc tinh tế các mức năng lượng của Nhôm trên cơ sở các đặc trưng của liên kết [L, S];

Dựng đồ thị về sự phụ thuộc của cường độ vạch phổ phát xạ Nhôm (396,152 nm) vào nồng độ Nhôm trong mẫu trên cơ sở các số liệu thực nghiệm

có sẵn Từ đó đánh giá ảnh hưởng của quá trình tự hấp thụ lên quang phổ vạch phát xạ của Nhôm

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Nội dung chính của luận văn này giới hạn trong việc: Tìm hiểu sơ đồ cấu trúc tinh tế các mức năng lượng của Nhôm; Khảo sát ảnh hưởng của quá trình tự

hấp thụ lên cường độ vạch phổ phát xạ Nhôm (396,152 nm)

5 Phương pháp nghiên cứu

Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng kết hợp phương pháp lý thuyết và

phương pháp bán thực nghiệm

Phương pháp lý thuyết được sử dụng kết hợp với các phương pháp thu thập và xử lý thông tin từ nhiều nguồn dữ liệu tin cậy để: Tìm hiểu sơ đồ cấu trúc tinh tế các mức năng lượng của Nhôm; Tìm hiểu tương tác của chùm tia laser với vật chất

Phương pháp bán thực nghiệm được sử dụng để khảo sát ảnh hưởng của quá trình tự hấp thụ lên cường độ vạch phổ phát xạ Nhôm (396,152 nm) trên cơ

sở số liệu có sẵn

6 Những đóng góp mới của đề tài

Phân tích để chỉ ra vạch phổ đặc trưng của Nhôm nguyên tử là Nhôm (396,152 nm) và Nhôm (394,400 nm);

Khảo sát ảnh hưởng của quá trình tự hấp thụ lên cường độ vạch phổ phát

xạ Nhôm (396,152 nm);

Vẽ đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc cường độ vạch phổ Nhôm (396,152 nm) vào nồng độ C của Nhôm trong mẫu và từ đó phân tích ảnh hưởng của quá trình

tự hấp thụ lên cường độ phát xạ của vạch Nhôm (396,152 nm)

7 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn được trình

bày theo 2 chương như sau:

Chương 1: Cấu trúc phổ của Nhôm

Trong chương này chúng tôi tìm hiểu sơ đồ cấu trúc tinh tế các mức năng lượng của Nhôm trên cơ sở các đặc trưng của liên kết [L, S];

Chương 2: Ảnh hưởng của quá trình tự hấp thụ lên quang phổ vạch phát xạ của Nhôm (396,152 nm)

Trong chương này chúng tôi tìm hiểu tương tác của chùm tia laser với vật chất trên cơ sở khảo sát các quá trình lý hóa xảy ra trong vùng plasma; Dựng đồ thị về sự phụ thuộc của cường độ vạch phổ phát xạ Nhôm (396,152 nm) vào nồng độ Nhôm trong mẫu trên cơ sở các số liệu thực nghiệm có sẵn Từ đó đánh giá ảnh hưởng của quá trình tự hấp thụ lên quang phổ vạch phát xạ của Nhôm

Chương 1 CẤU TRÚC PHỔ CỦA NHÔM

1.1 Sơ đồ các mức năng lượng của Nhôm

1.1.1 Đại cương về nguyên tố Nhôm

Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ ba (sau Ôxy và Silic), và là kim loại phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất Nhôm chiếm khoảng 8% khối chất lớp rắn của Trái Đất Nhôm, có nguồn gốc từ Aluminium trong tiếng Pháp là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học có ký hiệu Nhôm và có số nguyên tử bằng 13 Có nghĩa rằng, một nguyên tử Nhôm ở trạng thái trung hòa

sẽ bao gồm 13 điện tử tương ứng với 13 đơn vị điện tích âm sẽ chuyển động theo ba lớp quĩ đạo xung quanh hạt nhân nguyên tử Nhôm, hạt nhân nguyên tử Nhôm sẽ tập trung 13 đơn vị điện tích dương theo hình (1.1) Ba điện tử lớp vỏ ngoài cùng cho nguyên tử Nhôm một khả năng kết hợp hóa học là +3

Hình 1.1 Kim loại Nhôm và cấu trúc của nguyên tố Nhôm [12]

Cấu hình điện tử của nguyên tử Nhôm (Z = 13) ở trạng thái cơ bản thì theo nguồn dữ liệu phổ của Viện tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia Hoa Kỳ – NIST là: 1s22s22p63s23p1 Một số thuộc tính vật lý của Nhôm được dẫn ra ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Thuộc tính vật lý của nguyên tử Nhôm [15]

C Đối với các hợp kim Nhôm thì nhiệt độ nóng chảy giảm xuống đến 5000C như hợp kim với magnesium ở điều kiện nhất định [12,

Nhiệt lượng bay hơi 294,0 kJ.mol-1

Để tăng khả năng ứng dụng của các kim loại, các nhà khoa học sẽ pha trộn nhiều kim loại với một tỉ lệ nhất định để tạo thành hợp kim Một trong các hợp kim được quan tâm đó là hợp kim Nhôm D16 được sử dụng làm thân và cánh

máy bay

1.1.2 Đặc trưng liên kết [L, S] [2, tr 116]

Một số đặc trưng của liên kết Russell – Saunder hay liên kết [L, S] thường là số

hạng của một sơ đồ cấu tạo điện tử, sự phân bố các mức trong số hạng, độ bội

của số hạng Một số đặc trưng này là:

► Số hạng của sơ đồ điện tử

● Trong liên kết [L, S], số hạng của sơ đồ điện tử được ký hiệu là: L J

● Chúng ta sẽ xác định số lượng tử S, và độ bội: [2, tr 117]

  2S 1 (1.4)

Do s1 = s2 = 1/2 [6] và từ công thức S=s1+s2, ta có:

S = s1 + s2s1 + s2 – 1,…, |s1 – s2| = 1,0

Do đó, độ bội =1 (với S = 0): số hạng đơn

=3 (với S =1): số hạng bội ba

● Chúng ta sẽ tính giá trị số lượng tử L, xuất phát từ công thức (1.1) ta

có: [2,tr117]

L=l1l2,l1+l2-1,….,l1l2 (1.5) Khi l1 ≤ l2 thì sẽ có 2l1+1 giá trị của L

Khi l2≤ l1 thì sẽ có 2l2+1 giá trị của L

● Chúng ta sẽ tìm giá trị mômen động lượng tổng cộng J, xác định được giá trị của J là ta sẽ xác định được số mức có thể có của một số hạng Xuất phát từ công thức (1.3) ta sẽ có:

J=L+S,L + S – 1,…, |L – S| (1.6)

►Sự phân bố các số hạng

● Trong liên kết [L, S] sự phân bố các mức tuân theo nguyên lý thực

nghiệm của Hund Có bốn quy tắc sắp xếp các mức năng lượng trong cấu trúc

tinh tế của nguyên tử: [8, tr 145]

▪ Trạng thái có xác suất tồn tại lớn nhất là trạng thái có năng lượng bé nhất

▪ Thứ tự các số hạng của sơ đồ được xác định trước hết theo độ bội Số hạng nào có độ bội lớn nhất thì mức năng lượng của số hạng đó được xếp thấp nhất

▪ Nếu hai mức năng lượng của hai số hạng có cùng độ bội, số hạng nào ứng với số lượng tử L lớn hơn thì mức năng lượng của số hạng đó được xếp thấp hơn

▪ Trong cùng một số hạng bội của nguyên tử có số điện tử lớp ngoài cùng chưa lấp đầy được phân nửa, số hạng nào ứng với số lượng tử J bé nhất thì nằm thấp nhất Ngược lại, trong cùng một số hạng bội của nguyên tử có số điện

tử lớp ngoài cùng lấp đầy hơn phân nữa, số hạng nào ứng với số lượng tử J lớn nhất thì nằm thấp nhất

►Các số hạng của sơ đồ có cấu tạo hơn hai điện tử

Trong trường hợp sơ đồ có hơn hai điện tử, ta sẽ chọn sơ đồ nguyên tử

có 2 điện tử làm cơ sở rồi thêm dần từng điện tử Ta ký hiệu các số lượng tử đặc trưng cho số hạng của sơ đồ xuất phát là S’ và L’, còn các số lượng điện tử thêm

vào là s và l Bằng cách cộng vectơ ta sẽ tìm được giá trị của S và L của sơ đồ 3

điện tử, tiếp tục như thế cho sơ đồ nhiều điện tử

● Trường hợp nguyên tử có nhiều điện tử, ta có thể tính như bảng (1.2)

Bảng 1.2 – Giá trị số lượng tử S tương ứng với số điện tử [2, tr 121]

Độ bội Đơn Bội 2 Bội 3 Bội 4 Bội 5 Bội 6 Bội 7

Chúng ta thấy rằng độ bội cao nhất của mỗi sơ đồ tăng theo số điện tử và

có giá trị bằng số điện tử cộng thêm một đơn vị: [2,tr 121]

 max = Q +1 (1.8) Trong công thức (1.8) Q là số điện tử Độ bội cực đại thay đổi chẵn lẻ tuần hoàn khi số điện tử tăng Ở số điện tử chẵn thì số độ bội lẻ, ở số điện tử lẻ thì độ bội chẵn

▪ Giá trị số lượng tử L được xác định tương tự như trên, bằng cách cộng mômen ta có:

L=L'+l (1.9) L=L’+l, L’+l−1,….L' l (1.10)

▪ Giá trị của J ta dùng công thức (1.2) cộng vectơ để xác định giá trị

● Trong liên kết [L, S] các vạch quang phổ xuất hiện ứng với các dịch

chuyển trạng thái tuân theo nguyên lý chọn lọc [6, tr 214]

Dịch chuyển lưỡng cực (Dipole): J  0 , 1 ,  1 (nhưng J = 0 theo nguyên lý

chọn lọc cấm); S  0; L 0 , 1 ,  1 (Ngoại trừ L = 0) Khi dịch chuyển lưỡng cực

điện xảy ra chỉ với sự tham dự của một điện tử thì L 0

Dịch chuyển tứ cực (Quadrupole): L 0 ,  1 ,  2

►Các số hạng của sơ đồ được tạo thành từ các điện tử tương đương

Các điện tử có cùng các số lượng tử n, l gọi là các điện tử tương đương

Các điện tử tương đương thường gặp ở các sơ đồ điện tử lớp p, d, f chưa

được lắp đầy Cơ sở để tìm các số hạng của sơ đồ được tạo thành từ các điện tử

tương đương là nguyên lý Pauli và phương pháp cộng các số lượng tử hình

Từ đó ta có thể suy ra các giá trị L và S tức là suy ra số hạng đặc trưng

và độ bội tương ứng

● Tính chất của các sơ đồ điện tử tương đương:

Độ bội của các số hạng ứng với sơ đồ điện tử tương đương sẽ lớn nhất

khi số điện tử tương đương đúng bằng 1/2 của lớp được lấp đầy

Ví dụ điện tử p (lớp được lấp đầy p6) thì p3

có maxtính theo công thức (1.9) là  =4

Sự phân bố các số hạng tuân theo nguyên lý Hund, như đối với sơ đồ điện tử không tương đương

Với hai sơ đồ điện tử phụ nhau (tổng của các điện tử của hai sơ đồ điện

tử tạo thành một lớp đầy, ví dụ hai sơ đồ điện tử phụ nhau p4 và p2, hoặc d3 và

d7, ) thì có cùng các số hạng, nhưng xếp ngược nhau, vì hai sơ đồ điện tử này

có cùng một giá trị hình chiếu mL và mS nhưng ngược dấu nhau

► Sơ đồ hỗn hợp chứa các điện tử tương đương

Trong trường hợp các nguyên tử có nhiều điện tử p, d, f thì khi bị kích thích các điện tử lớp ngoài dễ dàng chuyển sang lớp quỹ đạo khác, như vậy sơ

đồ cấu tạo điện tử của nguyên tử sẽ bao gồm điện tử tương đương và không tương đương

sơ đồ điện tử tương đương thì trong sơ đồ hỗn hợp mômen quỹ đạo được xác định giống như công thức (1.10), mômen spin toàn phần được xác định được xác định giống như công thức (1.8) Từ giá trị của L và S ta sẽ tìm được giá trị của J, suy ra các số hạng đặc trưng và độ bội tương ứng theo công thức (1.3)

► Đối với trường hợp sơ đồ điện tử phức tạp

Xuất hiện các số hạng bội cao (  2), mỗi số hạng bội sẽ bao hàm các giá trị J khác nhau Như vậy các mức năng lượng sẽ phụ thuộc vào số lượng tử J

ở trạng thái đã cho của một số hạng bội Có một số vấn đề cần lưu ý về số hạng bội này:

● Khoảng cách giữa hai số hạng bội liền kề nhau trong cùng một mức

trạng thái năng lượng nguyên tử là do tương tác giữa mômen spin và mômen quỹ đạo Năng lượng tương tác toàn phần của n điện tử hóa trị là: [2,tr 140]

E= ( 2, )



S L



.(L S. )= (L,S)

2

) 1 ( ) 1 ( ) 1 (J  L L S S

● Độ rộng của một số hạng bội: Là khoảng cách giữa mức đầu (J = L +

S) và mức cuối (J = |L – S|) của một số hạng bội được xác định theo biểu thức: [2, tr 141]

E=

J J

) )(

1 [(LS LS  LS  LS

(1.16) công thức (1.16) có giá trị là:

E= (L,S)(2L+1) khi LS, (1.17)

Và

E= (L,S)(2S+1) khi SL (1.18)

● Số vạch bội sẽ tăng theo độ bội và xuất hiện khi có sự dịch chuyển

giữa các mức của số hạng bội Số vạch thành phần trong vạch bội có thể không

trùng với độ bội, vạch bội có thể vượt quá độ bội nhưng vẫn thỏa nguyên lý chọn lọc Giá trị của độ bội tăng dần đến cực đại (khi số điện tử bằng 1/2 số điện

tử lớp lấp đầy) ứng với một lớp nl nào đó, rồi lại giảm

Số vạch bội có thể tùy thuộc vào các dịch chuyển giữa các mức bội, có hai loại dịch chuyển chính và tuân theo nguyên lý chọn lọc là L J - L J và L J-

Tổng các vạch của các trường hợp trên là 6L + 1 vạch khi SL, và có 6S + 1 vạch khi LS

Trường hợp dịch chuyển thứ hai là dịch chuyển L J- (L 1 )J', dịch chuyển J (J – 1) cho vạch chính có cường độ lớn nhất do biến thiên của J cùng chiều với L. Số vạch chính là 2S + 1 vạch khi LS+1, số vạch là 2S vạch khi

L= S+

2

1, và số vạch là 2L – 1 vạch khi LS Dịch chuyển J cho vạch phụ thứ nhất có số vạch là 2S vạch khi LS số vạch là 2L – 1 vạch khi LS Dịch chuyển J (J + 1) cho vạch phụ thứ hai có cường độ yếu nhất do biến thiên của J

ngược chiều với số lượng L.tử Số vạch phụ là 2S – 1 vạch khi L>S, và là 2L – 1 vạch khi LS

Tổng số vạch xuất hiện do sự dịch chuyển J (J – 1) trong các trường hợp trên là 6S vạch khi LS+1, có 6S – 1 vạch khi L= S+

1.1.3 Sơ đồ cấu trúc phổ tinh tế của nguyên tử Nhôm

Theo cơ sở dữ liệu từ nguồn tra cứu vạch phổ [8] thì cấu hình của Nhôm

là 1s22s22p63s23p1 Đây là nguyên tử có điện tử sắp xếp vào lớp p Các số hạng

sơ đồ lớp ngoài cùng ở trạng thái cơ bản là 2 1

3

3s p Dựa vào các đặc trưng của liên kết [L, S] ta tìm phổ mức năng lượng của

sơ đồ điện tử lớp ngoài cùng này Đây là trường hợp sơ đồ điện tử hỗn hợp chứa các điện tử tương đương Ta sẽ lấy sơ đồ điện tử tương đương 3 2

s là cơ sở rồi thêm vào một điện tử p

Các số hạng của sơ đồ điện tử tương đương 3 2

s Cả hai điện tử đều ở phân lớp s

Đối với điện tử 1 có: n1 = 3, l1 = 0, s1 = 1/2;

Đối với điện tử 2 có: n2 = 3, l2 = 0, s2 = 1/2;

Số lượng tử L: L= ∑l i =l1+ l2;

Số lượng tử S: S = ∑s i = s1+s2 hay S có giá trị S = 0, 1

■ Trường hợp L = 0, S = 0

Độ bội trạng thái năng lượng χ = 2S +1 = 1

Mô men động lượng toàn phần J = L+ S hay J có giá trị J = 0

Vậy mức năng lượng tuân theo liên kết [L, S] của số hạng này được kí hiệu 1 0,1

s

■ Trường hợp L = 0, S = 1

Độ bội trạng thái năng lượng χ =2 S +1 =3

Mô men động lượng toàn phần J = L+ S hay J có giá trị J = 1,0

Vậy mức năng lượng tuân theo liên kết [L, S] của số hạng này được kí hiệu 1 0,1

Số lượng tử L: L= ∑l i =l1+ l2 do đó giá trị của L là L =1

Số lượng tử S: S = ∑s i = s1+s2 do đó giá trị của S = 1/2

Độ bội trạng thái năng lượng χ = 2 S + 1=2

Mô men động lượng tổng cộng J = L+ S hay J có giá trị J= 1/2, 3/2 Vậy mức năng lượng của sơ đồ điện tử Nhôm ở trạng thái cơ bản có 2 mức Kí hiệu số hạng này là 2 1/2,3/2

Ta vẽ các vạch mức trạng thái 2 1/2,3/2

P của sơ đồ điện tử lớp ngoài nguyên

tử Nhôm đang ở trạng thái cơ bản theo quy tắc phân bố các số hạng và tỉ lệ khoảng cách giữa các vạch mức

Trong tương tác [L, S] thì vạch mức năng lượng của sơ đồ điện tử

3s 32 1

p bị tách thành hai mức Theo quy tắc phân bố các số hạng thì vạch mức

P theo tỉ lệ giá trị  ( , )L S như trên hình 1.2

3 3s p

► Các trạng thái kích thích của Nhôm

Khi nguyên tử Nhôm bị kích thích bởi một tác nhân thỏa mãn điều kiện kích thích, nguyên tử Nhôm sẽ nhận năng lượng và chuyển lên trạng thái kích

2 1

3 3s p

2 3

P

2 1

P

thích Có nhiều trường hợp các điện tử lớp ngoài cùng nhận năng lượng kích thích và chuyển lên trạng thái kích thích Một trong số các trường hợp đó là một điện tử của phân lớp 3p sẽ chuyển lên mức kích thích cao hơn Một trường hợp kích thích khác là một điện tử ở lớp lấp đầy 3 2

s sẽ được kích thích và chuyển lên mức trên, sơ đồ điện tử trường hợp kích thích này có thể là n 2

Đây là trường hợp sơ đồ điện tử hỗn hợp chứa các điện tử tương đương

Ta sẽ lấy sơ đồ điện tử tương đương 3 2

s là cơ sở rồi thêm vào một điện tử phân

lớp s Sơ đồ điện tử tương đương 3 2

Mô men động lượng tổng cộng J= L+ S hay J có giá trị J=1/2

Vậy kí hiệu trạng thái sơ đồ này là: 2 1/2

S

■ Sơ đồ điện tử kích thích 3 2

d

Đây là trường hợp sơ đồ điện tử hỗn hợp chứa các điện tử tương đương

Ta sẽ lấy sơ đồ điện tử tương đương 3 2

s là cơ sở rồi thêm vào một điện tử phân lớp d Sơ đồ điện tử tương đương 3 2

s có kí hiệu trạng thái là thái 1

s [2, tr 138]

Tiếp theo ta sẽ thêm vào một điện tử phân lớp d để tìm số hạng sơ đồ điện tử 3 2

Biểu diễn sơ đồ trạng thái của các số hạng 2 3/2,5/2

D theo tỉ lệ giá trị

( , )L S

 như trên hình 1.3

Hình 1.3 Các trạng thái của cấu hình 2 1

3s nd

■ Sơ đồ điện tử kích thích 2 1

3 np s

Đây là trường hợp sơ đồ điện tử hỗn hợp chứa các điện tử tương đương

Ta sẽ lấy sơ đồ điện tử tương đương 3 2

s làm cơ sở rồi thêm vào một điện tử

phân lớp p Sơ đồ điện tử tương đương 3 2

s có kí hiệu trạng thái là thái 1 0

S [2, tr 138]

Tiếp theo ta sẽ thêm vào một điện tử phân lớp p để tìm số hạng sơ đồ điện tử 2 1

Mô men động lượng tổng cộng J =L + S hay J có giá trị 1/2, 3/2

Vậy kí hiệu trạng thái sơ đồ này là: 2 1/2.3/2

P

2 5

D

2 1

3s nd

2 3 2

D