原子物理学课件 (10)

4s 4p5 4d9
O 吸收限 原子能级
2S
1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2 2S 1/2
5s2
8.99(ev)
O1
5s
无电离能量＝0
5s2
1S
0
3、 X射线的吸收-局部和整体
d
E= h Bill 定律
I=I0EXP(-d )
探测器
I0 样品 局部： L吸收系 特点：分离吸收谱 （共振吸收） Lg I
Cd 原子的电离能级(X射线能级) -－ I、能级结构
电离前 电离能 主壳层符号
（Kev）
电离后 原子态 1s
2S 1/2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10
4s2 4p6 4d10
268
K
4.02 3.73 3.54 0.775 0.665 0.621 0.415 0.408
0.112 0.078 0.071 0.014 0.013
2S 1/2
2s2 2p6
L1 L2 L3 M1 M2 M3 M4 M5
N1 N2 N3 N4 N5
2 1
M 吸收限
2s 2p5
M线系
2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2
3s2 3p6
3s 3p5
3d10
2
N吸 收限
3d9
由外层电子填补内层“空位”产生的分离谱线 和元素 Z 是“一 一对应”的，谱线可以作为元素的标识-标识谱（分离谱）。
4、 X射线的辐射（II）－轫致谱（连续谱）
X射线辐射的实际光谱：
强度
电子填充内层空位
特点：
1、连续背景上的分离辐射谱; 2、存在一个截止波长 min .
已知：“分离”谱－电子填充内层空位
h (X 射线)
K(2) L(8) M(18) Ze N（空位填补） M 线系：M（空位） O （空位填补） L 线系： L（空位） N （空位填补） M （空位填补）
N(18)
O(2)
莫塞莱定律（实验规律）：L
1 1 R ( Z 7.4) ( 2 2 ) 2 3
2
1
对比H原子的 线系的共振线：Z＝ 1→（Z-7.4)。可见：
…… 4s 4p5 4d9
1 2
4s2 4p6 4d10
2S
1
O 吸收限
1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2 2S 1/2
5s2
8.99 （ev）
O1
无电离原子能级
5s
无电离能量＝0
5s2
1S
0
小结(2)－X射线能级的吸收和辐射
1， X射线的吸收谱－叠加在连续吸收背景上的 分离吸收谱。
轫：刃＋车（轮）
轫致辐射→刹车辐射
小结(1) －Cd 原子的电离能级 (X射线能级)
1s2 268 （Kev）
4.02 3.73 3.54 0.775 0.665 0.621 0.415 0.408
0.112 0.078 0.071 0.014 0.013
K
K 吸收限 L 吸收限
K线系 L线系
1s
L1 L2 L3 M1 M2 M3 M4 M5
N1 N2 N3 N4 N5
2s 2p5 3s 3p5 3d9
2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2
2S
4s 4p5 4d9
5s2
8.99(ev)
O1
5s
无电离原子的激发态能级
1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2 2S 1/2
L1 L2 L3 M1 M2 M3 M4 M5
N1 N2 N3 N4 N5
E=h 2s 5 (能量 2p 可调） 3s 3p5
2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2
3s2 3p6
M 吸收限
3d10
3d9
N 吸收限
4s2 4p6 4d10
0
min

问题：1, “连续”谱怎样产生？
2, 怎样解释 min ？
电子云 金属
轫致谱（连续谱）产生的机制
高能电子射入重金属原子时，受电子云库仑力作用而做负加 速度（减速）运动。减速前后的能量差以光子（X射线）的形式辐
射出来，形成轫致辐射。
1 meVK2,1 设：EK，1（射入电子云前电子动能）＝ 2
1901年第一届诺贝
尔物理学奖获得者
伦琴夫人的手掌骨X光照片
X射线的特点：
（1）E，B 不能使其偏转 非带电粒子； （2）穿透性极强，在界面上几乎无折射和反射
非可见、红外、紫外光波。
起名：X 射线！ 现知：X 射线：波长在 0.01－3 nm 间的电磁波 问题：产生X射线的原子内部结构特性？
2、原子的X射线能级 －重金属原子的电离能级
以Cd (Z = 48)原子为例，基态电子组态为：
n= 1 K 1s2 2 L 2s22p6 3 M 4 N 5 O
3s23p63d10 4s24p64d10 5s2
K(2) L(8) M(18) N(18) O(2)
Ze
X射线能级图： －各个支壳层电离一个电子后形成的能级图
分离吸收谱（吸收限）：产生于重金属原子的电离能级 对电磁波的共振吸收； 连续吸收背景： 产生于重金属对电磁波的非共振 吸收和散射。
2， X射线的辐射谱－叠加在连续辐射背景上的 分离辐射谱。
分离辐射谱（标识谱）：产生于重金属原子中外层电子 对内层空位的填空跃迁；
连续辐射谱（轫致谱）：产生于重金属的电子云对入射 高能电子的强烈减速作用。
4.02 3.73 3.54 0.775 0.665 0.621 0.415 0.408
0.112 0.078 0.071 0.014 0.013
L1 L2 L3 M1 M2 M3 M4 M5
N1 N2 N3 N4 N5
2 1 2 1 2
2s 2p5
M线系
2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2
内
1、
2、 3、 4、
容
产生X射线的装置；
原子的X射线能级结构； X射线的吸收光谱； X射线的辐射光谱 I －标识谱（分离谱）；
5、
X射线的辐射光谱 II－轫致谱（连续谱）。
1、 X射线的发现和装置
X射线实验：1895年，伦琴（德国人）在用阴极射线管 做实验时发现的新射线。
W. C. Röntgen
(能量可调)
(吸收系数）＝
＋1（共振） ＋2（非共振） ＋3（散射）
整体：K、L 、M 吸收系+背景 特点：连续吸收背景上的分 离吸收谱。
E= h
E= h M L K
L3 L2 L1
4、 X射线的辐射（I）－标识谱（分离谱）
1s2 268
（Kev）
K
K线系 L线系
1sΒιβλιοθήκη Baidu
2S 1/2
2s2 2p6 3s2 3p6 3d10
K1 , K2
L （空位填补）
K 线系： K（空位）
K1 , K2
M（空位填补）
N（空位填补）
K1 , K2
莫塞莱定律（实验规律）：K (最长波长）
1 1 R( Z 1) ( 2 2 ) 1 2
2
1
Why? 对比H原子的赖曼线系：Z＝ 1→Z-1
标识谱2－L线系和M线系
无电离能量＝0
5s2
1S
0
Cd 原子的电离能级 -－－ II、 X射线的吸收
1s2 268
（Kev）
K
K 吸收限 L 吸收限
1s
2S 1/2
2s2 2p6
4.02 3.73 3.54 0.775 0.665 0.621 0.415 0.408
0.112 0.078 0.071 0.014 0.013
1 2 EK，2（射入电子云后电子动能）＝ m e V K , 2 2
忍：刃＋心
1 E＝EK，1－EK，2 ＝ h ， = me [VK2,1 VK2, 2 ] 2h c VK ,2 : 连续变化，＝ ：(连续谱)

当: VK ,2 ＝0， min (截止波长) ＝
2hc meV K2,1
3s 3p5 3d9
……
4s2 4p6 4d10
4s 4p5
4d9
1
2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2 2S 1/2
5s2
81
8.99(ev)
O1
无电离原子能级
5s
无电离能量＝0
5s2
1S
0
标识谱1－K线系
h (X 射线)
K(2) L(8) M(18) N(18) O(2) Ze