Математика	Физика	Химия	Биология	Техника и технологии
	Атомная и молекулярная спектроскопия М.А.Ельшевич АННОТАЦИЯ Книга содержит последовательное изложение систематики атомных и молекулярных спектров. В первой части рассматриваются общие вопросы спектроскопии, во второй — вопросы атомной спектроскопии и в третьей — вопросы молекулярной спектроскопии. Книга рассчитана на спектроскопистов и специалистов смежных специальностей — научных работников, инженеров, студентов старших курсов. Более трудный материал выделен в петит. К книге приложен список основной литературы.
ПРЕДИСЛОВИЕ Данная книга содержит последовательное изложение систематики атомных и молекулярных спектров. В основу книги положены лекции, прочитанные в Государственном оптическом институте имени С. И. Вавилова в 1956 г. для научных сотрудников и аспирантов и прекрасно застенографированные О. В. Соколовой, которой я приношу мою глубокую благодарность. В книге также использован опыт ведения курсов спектроскопии в ленинградских вузах и в Белорусском государственном университете имени В. И. Ленина. Книга состоит из трех частей. Первая часть посвящена общим вопросам спектроскопии, ясное понимание которых является чрезвычайно важным. Во второй части рассматриваются вопросы атомной спектроскопии, в третьей части —- молекулярной спектроскопии. Наряду с результатами исследований спектров в оптической области уделено внимание результатам радиоспектроскопических исследований атомов и молекул. Разбирается ряд смежных вопросов, в частности вопросы химической связи в двухатомных и многоатомных молекулах, весьма существенные при рассмотрении электронных спектров молекул. Книга рассчитана на широкие круги спектроскопистов и специалистов смежных специальностей, как научных работников и инженеров, так и студентов старших курсов. Более трудный материал, в частности материал, требующий знания квантовой механики, напечатан мелким шрифтом и может быть опущен читателем, не имеющим соответствующей подготовки и знакомым лишь с общими основами квантовой теории. В полном объеме книга примерно соответствует кандидатскому минимуму по спектроскопии. Приведенный в конце книги список литературы не является исчерпывающим. В него включены основные монографии, учебники и обзоры по спектроскопии и смежным вопросам и ряд оригинальных исследований. В заключение приношу искреннюю благодарность Э. В. Шпольскому, В. К. Прокофьеву и Б. С. Непоренту, прочитавшим рукопись, за ценные замечания, Е. Е. Жаботинскому и Л. Ф. Вересу за тщательное редактирование книги и всем товарищам, помогавшим мне при подготовке и оформлении рукописи. ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие .................. ЧАСТЬ i - ОБЩИЕ ВОПРОСЫ СПЕКТРОСКОПИИ Глава 1. Основные положения спектроскопии и ее разделы...... Ц § 1.1. Основные квантовые законы.................... П § 1.2. Уровни энергии и переходы между ними ............. 12 § 1.3. Спектры поглощения, испускания и рассеяния........... 17 \| 1.4. Деление спектроскопии по свойствам излучения .......... 24 § 1,5. Деление спектроскопии по свойствам атомных систем....... 28 § 1.6. Краткий исторический обзор развития атомной и молекулярной спектроскопии........................... 32 Глава 2. Основные характеристики уровней энергии......... 37 § 2.1. Невырожденные и вырожденные уровни энергии.......... 37 § 2.2. Значения физических величин в стационарных состояниях..... 39 § 2.3. Квантование моментов количества движения и их проекций .... 41 § 2.4. Сложение моментов количества движения . . „.......... 45 § 2.5. Магнитные моменты и их связь с механическими моментами .... 50 § 2.6. Прецессия и взаимодействие магнитных моментов......... 54 Глава 3. Симметрия атомных систем и их уровней энергии...... ,63 § 3.1. Общая характеристика симметрии атомных систем......... 60 § 3.2. Основные понятия теории групп и важнейшие группы....... 63 § 3.3. Невырожденные типы симметрии ................. 69 § 3.4. Вырожденные типы симметрии................... 73 Глава 4. Вероятности переходов и правила отбора.......... 79 § 4.1. Вероятности спонтанных и вынужденных переходов........ 79 § 4.2, Время жизни возбужденных состояний.............. 81 ^ 4.3. Дипольное излучение.............„........- S5 § 4.4, Магнитное дипольное излучение и квадрупольное излучение .... 92 § 4.5. Силы осцилляторов........................ 98 § 4.6. Естественная ширина уровней энергии и спектральных линий . . . 104 § 4.7. Правила отбора для простейших видов симметрии......... 109 § 4.8. Правила отбора для момента количества движения и его проекции . 112 Глава 5. Интенсивности в спектрах............... . . . - 117 § 5.1. Мощности испускания и поглощения и заселенности уровней ... 117 § 5.2. Основные законы равновесного излучения............. 123 § 5.3. Коэффициенты поглощения.................... 131 § 5.4, Неравновесные спектры испускания и их интенсивности .,..,. 140 § 5.5. Контуры спектральных линий и полос............... 146 . § 5.6. Уширение спектральных линий, обусловленное тепловым движением и взаимодействиями частиц.................... 151 ЧАСТЬ II АТОМНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ Глава 6. Уровни энергии и спектры атома водорода и водороде подобных ионов ............................ 159 § 6.1. Квантовые числа одноэлектронного атома и степень вырождения его уровней............................ 159 § 6.2. Зависимость спектров одноэлектронных атомов от заряда и массы ядра 163 § 6.3. Характеристика стационарных состояний одноэлектронного атома 167 § 6.4. Правила отбора и вероятности переходов для одноэлектронных атомов.............................. 177 § 6.5. Тонкая структура уровней энергии и спектральных линий ..... 182 § 6.6. Сдвиг уровней.......................... 188 Глава 7. Электронные оболочки атомов и периодическая система элементов .............................. 194 § 7.1. Квантовые числа электронов в сложном атоме и принцип Паули . . 194 § 7,2. Электронные слои и оболочки и их заполнение.......... 199 § 7.3. Зависимость энергии электронов от азимутального квантового числа 202 § 7.4. Ход заполнения электронных слоев и оболочек.......... '204 § 7.5. Свойства элементов с заполненными и незаполненными оболочками . 206 § 7.6. Типы спектров различных элементов ............... 209 Глава 8. Одноэлектронные спектры атомов с одним внешним s-элек- троном.............................. 212 § 8.1. Основной уровень атомов щелочных металлов........... 212 § 8.2. Возбужденные уровни и спектральные серии атомов щелочных металлов .............................. 214 § 8.3. Дублетная структура уровней атомов щгдочных металлов..... 220 §• 8.4. Интенсивности в спектрах атомов щелочных металлов....... 229 § 8.5. Спектры ионов, изоэлектронных с атомами щелочных металлов . . 232 Глава 9. Основы общей систематики сложных спектров........ 239 § 9.1. Сложение орбитальных и спиновых моментов и типы связи .... 239 § 9.2. Общая характеристика нормальной связи............. 244 § 9.3. Термы конфигураций, состоящих из эквивалентных электронов . . . 251 § 9.4. Термы смешанных конфигураций, содержащих эквивалентные электроны ............................... 257 § 9.5. Мультиплетное расщепление.................... 259 § 9.6. Мультиплеты в спектрах..................... 261 § 9.7. Случай связи (/, j) ........................ 271 Глава 10. Спектры атомов с двумя внешними я-электопнами..... 274 § 10.1. Общая характеристика спектров атомов с двумя внешними электронами ............................. 274 § 10.2. Спектр атома гелия....................... 276 § 10.3. Спектры атомов щелочно-земельных металлов.......... 282 § 10.4. Спектры атомов цинка, кадмия и ртути ............. 287 § 10.5. Смещенные термы........................ 294 Глава 11. Спектры атомов с заполняющимися и заполненными р-обо- лочками............................ 300 § 11.1. Общая характеристика спектров атомов с заполняющимися р-обо- лочками............................. ЗСО § 11.2. Спектры атомов с одним внешним /'-электроном......... ЛОЗ § 11.3. Спектры атомов с оболочками р2, р3 и рА............. 306 § 11.4. Спектры атомов галоидов.................... 311 § 11.5. Спектры атомов инертных газов................. 312 § 11.6. Запрещенные линии в спектрах туманностей и солнечной короны . 316 Глава 12. Спектры атомов с достраивающимися d- и /-оболочками . . . 320 § 12.1. Особенности спектров атомов с достраивающимися оболочками . , 320 § 12.2. Общая характеристика спектров атомов с достраивающимися rf-оболочками .......................... 322 § 12.3. Спектры атоыов с rf-оболочками, заполненными менее чем наполовину .............................. § 12.4. Спектры атомов с d-оболочками, заполненными наполовину .... 330 § 12.5. Спектры атомов с ^-оболочками, заполненными более чем наполовину .......................,...... 332 § 12.6. Спектры атомов с внешними s-электронами помимо заполненной d-оболочки............................ 336 § 12.7, Общая характеристика спектров атомов с достраивающимися /-оболочками........................... 338 § 12.8. Спектры атомов с /-оболочками, заполненными менее чем наполовину .............................. 344 § 12.9. Спектры атомов с /-оболочками, заполненными наполовину и более 347 Глава 13. Рентгеновские спектры.................... 350 § 13.1. Общая характеристика рентгеновских спектров поглощения и испускания ............................. 350 § 13.2. Регулярные и иррегулярные дублеты............... 356 § 13.3. Внутренняя конверсия рентгеновского излучения и недиаграммные линии.............................. 361 § 13.4. Интенсивности в рентгеновских спектрах.............. 363 Глава 14. Явление Зеемана и магнитный резонанс........... 367 § 14,1. Расщепление уровней энергии в магнитном поле......... 367 § 14.2. Общая картина зеемановского расщепления спектральных линий в слабом поле........................... 373 § 14.3. Множители g в случае слабого поля............... 379 § 14.4, Типы зеемановских расщеплений спектральных линий....... 384 § 14.5. Явление Зеемана в сильных и в промежуточных полях...... 391 § 14.6. Общая характеристика магнитного резонанса........., . 396 § 14.7, Исследование электронного магнитного резонанса методом атомных пучков.............................. 401 § 14.8. Исследование электронного магнитного резонанса методом поглощения .............................. 404 Глава 15. Явление Штарка....................... 409 § 15.1. Общая характеристика явления Штарка............. 409 § 15.2. Явление Штарка для .атомов в общем случае........... 413 § 15.3. Явление Штарка для атома водорода............... 415 § 15.4. Штэрковское уширение спектральных линий........., . 419 Глава 16. Моменты ядер и их спектроскопическое исследование .... 423 § 16.1. Общая характеристика моментов ядер.............. 423 § 16.2. Магнитные и электростатические взаимодействия ядерных моментов 426 § 16.3, Моменты протона, нейтрона и дейтрона и сверхтонкая структура уровней атома водорода ..................... 435 § 16.4. Моменты ядер и сверхтонкая структура уровней и спектральных линий сложных атомов...................... 440 § 16.5. Изотопическое смещение уровней энергии и спектральных линий 451 § 16.6. Модели ядра и теории моментов ядер .............. 456 ЧАСТЬ in МОЛЕКУЛЯРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ Глава 17. Виды движения в молекуле и типы молекулярных спектров 465 § 17.1. Разделение энергии молекулы на части и основные типы спектров 465 § 17.2. Порядок величин электронной, колебательной и вращательной энергий............................. 469 § 17.3. Зависимость электронной энергии молекулы от расстояний между ядрами.............................. 472 § 17.4. Колебательные и вращательные степени свободы и отделение колебаний от вращения.............-.......... 477 § 17.5. Основные положения квантовомехапической теории молекул . - . 480 § 17.6. Характеристики переходов и интенсивности в случае спектров поглощения и испускания ..................... 487 § 17.7. Характеристики переходов и интенсивности в случае спектров комбинационного рассеяния.................... 493 Глава 18. Равновесная конфигурация молекулы и ее свойства симметрии 501 § 18.1. Форма и размеры молекул.................... 501 § 18.2. Свойства симметрии равновесной конфигурации и точечные группы симметрии............................ 507 § 18.3. Точечные группы низшей симметрии............... 512 § 18.4. Точечные группы средней симметрии............... 517 § 18.5. Точечные группы высшей симметрии............... 524 § 18.6. Общие выводы о симметрии молекул............... 527 Глава 19. Вращение молекул и вращательные спектры........ 531 § 19.1. Общая характеристика вращения молекул............ 531 § 19.2. Вращательные уровни и вращательные переходы в случае линейных молекул........................... 537 § 19.3. Вращательные уровни молекул типа сферического волчка..... 541 § 19.4. Моменты инерции и вращательные постоянные молекул типа симметричных и асимметричных волчков............... 544 § 19.5. Вращательные уровни и вращательные переходы в случае молекул типа симметричного волчка.................... 547 § 19.6. Вращательные уровни и вращательные переходы в случае молекул типа асимметричного волчка................... 551 § 19.7. Вращательные спектры и структура молекул........... 557 § 19.8. Действие внешних полей на вращательные уровни и вращательные линии.............................. 560 § 19.9. Влияние ядерных моментов на вращательные уровни и на вращательные линии.......................... 566 Глава 20. Колебания двухатомных молекул............... 572 § 20.1. Колебания двухатомных молекул как частный случай колебаний любых молекул.......................... 572 § 20.2. Гармонические колебания двухатомной молекулы......... 573 § 20.3. Квантовомеханическая характеристика гармонического осциллятора 580 § 20.4. Ангармоничность колебаний и схождение колебательных уровней к границе диссоциации ...................... 585 § 20.5. Построение кривых потенциальной энергии по опытным данным . . 592 § 20.6. Колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул .... 595 § 20.7. Вращательная структура колебательно-вращательных полос .... 600 Глава 21. Колебания многоатомных молекул.............. 605 § 21.1. Общая характеристика нормальных колебаний многоатомных молекул .....„........................ 605 § 21.2. Классификация нормальных колебаний молекул по их форме . . . 60В § 21.3. Вид потенциальной энергии и выбор колебательных координат . . 614 § 21.4. Общий метод решения задачи о нормальных колебаниях молекул . 619 § 21.5. Коэффициенты кинематического взаимодействия и составление вековых уравнений.......................... 627 § 21.6. Свойства векового уравнения и методы его решения....... 634 § 21.7. Ангармоничность колебаний многоатомных молекул........ 636 § 21.8. Внутренние движения с большими амплитудами в многоатомных молекулах............................ 639 Глава 22. Симметрия колебаний многоатомных молекул........ 644 § 22.1. Общие принципы классификации колебаний по их симметрии и координаты симметрии...................... 644 § 22.2. Типы симметрии для молекул, относящихся к точечным группам низшей симметрии........................ 648 § 22.3. Дважды и трижды вырожденные колебания............ 653 § 22.4. Типы симметрии для молекул, относящихся к точечным группам средней и высшей симметрии................... 660 § 22.5. Подсчет числа колебаний различных типов симметрии и нахождение коэффициентов симметрии.................. 666 § 22.6. Решение задачи о колебаниях молекулы при учете свойств симметрии .............................. 669 Глава 23. Колебательные спектры многоатомных молекул....... 675 § 23.1. Правила отбора в колебательных спектрах............ 675 § 23.2. Интенсивности и поляризации в колебательных спектрах..... 683 § 23.3. Колебательные спектры простейших многоатомных молекул .... 695 § 23.4. Вращательная структура колебательных полос.......... 701 § 23.5. Колебательные спектры органических молекул.......... 705 § 23.6. Характеристичность в колебательных спектрах.......... 712 Глава 24. Электронные состояния и химическая связь в двухатомных молекулах........................... 719 § 24.1. Свойства электронных состояний молекул и химическая связь . . 719 § 24.2. Классификация электронных состояний двухатомной молекулы как целого.............................. 721 § 24.3. Соответствие между электронными состояниями молекулы как целого и образующих ее атомов.................. 725 § 24.4. Характеристики отдельных электронов в молекуле и молекулярные электронные оболочки.................... 727 § 24.5. Возможные состояния молекулы с заданной электронной конфигурацией .............................. 732 § 24.6. Электронные состояния и химическая связь в ионе молекулы водорода............................. 734 § 24.7. Электронные состояния и химическая связь в молекуле водорода 740 § 24.8. Электронные оболочки и химическая связь в молекулах, состоящих из днух одинаковых атомов.................... 747 § 24.9 Электронные оболочки и химическая связь в молекулах, состоящих из двух разных атомов...................... 751 Глава 25. Электронные спектры двухатомных молекул......... 754 § 25.1. Колебательная структура электронных переходов......... 754 § 25.2. Принцип Франка-—Кондона и относительные интенсивности электронно-колебательных полос................... 757 § 25.3. Общая характеристика вращательной структуры электронно-колебательных полос......................... 761 § 25.4. Взаимодействие электронного движения с вращательным..... 764 § 25.5. Правила отбора и типы электронных переходов......... 771 § 25.6. Примеры электронных спектров двухатомных молекул...... 775 § 25.7. Сплошные спектры поглощения и испускания двухатомных молекул .............................. 781 § 25.8. Возмущения и предиссоциация в спектрах двухатомных молекул . 785 Глава 26. Электронные состояния и химическая связь в многоатомных молекулах........................... 789 § 26.1. Общая характеристика электронных состояний многоатомных молекул . ,............................ 789 § 26.2, Основы теории направленной валентности............ 795 § 26.3. Образование химических связей четырехвалентными атомами углерода ............................... 804 § 26.4. Нелокализованные электроны и методы их рассмотрения..... 809 § 26.5. Электронные конфигурации и электронные состояния простейших многоатомных молекул...................... 816 Глава 27. Электронные спектры многоатомных молекул........ 825 § 27.1. Общая характеристика электронно-колебательных переходов и типы электронных спектров................... 825 § 27.2. Принцип Франка — Кондона для многоатомных молекул...... 830 § 27.3. Примеры электронных спектров простейших многоатомных молекул 837 § 27.4. Полосы поглощения и испускания сложных молекул....... 840 § 27.5. Квантовый выход и поляризация фотолюминесценции сложных молекул .............................. 849 Приложения.............................. 857 Литература............................... 859 Таблица волновых чисел, соответствующих энергиям, выраженным в элек- троновольтах ............................ 872 Предметный указатель.......................... 875 Цена: 500руб.
Назад	Заказ	На главную страницу