催化实验方法课件第四章.pptx

第四章

近代实验技术概述

用微观粒子(光子,电子,质子,中子----等)01作为探针与物质相互作用.产生各种微观粒02子的信息.并对此信息进行分析.获得物质结03构,组成等特性.041.近代实验技术特点

可归结为微观粒子的输入(种类,数量,空间位置,能量大小和分布)和输出.粒子与物质相互作用.粒子的特性及其所提供的信息与物质结构,组成等关系

(Einstein学说)(1)粒子性和波动性2.微观粒子的特性★光子的粒子性:

0102030405Einstein学说光子的能量是量子化的,每一频率的光能量有最小单位,称光量子光子有质量,但光子的静止质量等于零由Einstein方程:

实物粒子的波动性:(德布罗意关系式)

微观粒子的运动方程Schrodinger方程

对于一个质量等于m.在势能等於V的势场中运动的微粒来说.就有一个与这微粒运动的稳定态相联系的波函数,这个波函数服从薛定锷稳态方程.这一方程的每一个合理解就表示微粒运动的某一稳定状态.与这个解相应的常数E,是微粒在这一稳定态的能量.

物质微观结构及其描述1求解薛定锷稳态方程得到要描述一个原子中某个电子状态需要四个量子数:2

n=1(k),2(L),3(M)··············称主量子数(能量)L=0(S),1(P),2(d),3(f)········角量子数(角动量)m=0,±1,±2,··················±L.(磁量子数)ms=,-···················自旋量子数↑↓★在近代实验技术中引进新量子数j(内量子数)

中某个电子的能量:求解薛定锷方程在多电子体系

★对不相同的n,L.根椐经验规则(n+0.7L)确定

如:4S:n+o.7L=4,3d:n+o.7L=4.4.∵4S＜3d★对相同L,n不同.则n↑越大,离开原子核远,屏蔽效应大E↑高电子能级排布原则:★对n相同,L不同.L↓愈小,电子离核近

E↓下降.

固体能带理论许多原子组成固体时,原子的电子轨道发生重迭,相应的一组原子能级展宽成能带如:3S能级展成3S能带.2P能级展成2P能带.而相邻原子的外层电子轨道重迭得多.内层电子轨道重迭得少.因此最外层的价电子能带较宽.两个能带之间存在间隔,其中没有能级,不能填充电子.这个区域称禁带.就形成满带,禁带,导带三个区域.

4.微观粒子与物质相互作用(1)电子与物质相互作用No.1散射电子与物质相互作用后方向和能量改变称散射.若只有方向改变无能量改变则称弹性散射,能量也变称非弹性散射

★原子核对电子的弹性散射.

?RBS谱仪.★原子核对电子非弹性散射.★核外电子对入射电子非弹性散射.特徵X射线?电子探针(EPMA)俄歇电子发射?俄歇电子能谱(AES).

No.2阴极发光在入射电子作用下,发射可见光.发光波长由杂质产生的局部化能级确定与杂质原子和主体物质有关.?电子激发萤光分析.(CathodoluminecenecenceSpec.)

电子云集体震荡No.3原子在晶体内的分布是长程有序的,价电子变成公有电子,构成电子云,浸散在整个晶体空间内.正离子基本上处于晶体点阵内的固定位置上.可以看成是带正电的原子实和价电子云组成,类似等离子体.当电子(E0)穿过该晶体时,会产生电子云集体振荡.?特徵能量损失谱(ELS).

原子吸收光谱与发射光谱.紫外及可见吸收光谱(指分子的外层电子或价电子跃迁所得光谱).IR.No.1(2)光子与物质相互作用光子的吸收与发射

No.2光子的散射弹性散射(瑞利散射)非弹性散射:光子与物质分子相互作用,结果是光子把一部分能量给分子或者从分子获得一部分能量.光子的能量就会减少或增加.这种散射称Raman散射.?拉曼光谱

若入射光子能量与分子相互作用有二种情况:分子在基态(E0)作用后跃到激发态(E1)散射光频率:分子在激发态相互作用后回到基态散射光频率:称反斯托克斯线

No.3光电效应光子与分子中内层电子作用,把能量给了电子,电子被激发出来.?光电子能谱(ESCA).

No.4X射线荧光现象X射线作用於物质会发射出各种颜色及不同强度的可见光,仃止照射光也随之消失.这就称作X光荧光现象.荧光波长与被激发元素的原子序数关系.

由莫斯莱(Mosley)定律表示:?X光荧光分析No.5光解吸附现象

入射离子能量为E0.质量为M1.与样品上质量为M2原子作用后通过角散射后剩下能量E1.No.1(3)离子与物质相互作用离子散射谱(离