(4 курс, 7,8 сем., 68 ч, экзамен) СПЕКТРОСКОПИЯ

СПЕКТРОСКОПИЯ
Программа курса лекций
(4 курс, 7,8 сем., 68 ч, экзамен)
Профессор Александр Владимирович Чаплик
Спектры атомов
1. Основы теории Бора. Векторная модель.
Спектральные закономерности. Комбинационный принцип Ритца.
2. Атом водорода (квантовомеханическая теория).
Изотопический сдвиг. Тонкая структура водородного спектра.
3. Систематика спектров многоэлектронных атомов.
Приближение самосогласованного поля. Систематика одноэлектронных состояний в центральносимметричном поле.
Электростатическое и спин-орбитальное взаимодействие.
Термы конфигураций. LS- и jj-типы связи.
4. Периодическая система элементов.
Общие положения и принципы.
Спектры щелочных металлов.
Термы гелия и щелочноземельных элементов. Кулоновская и обменная
энергия в гелиеподобных атомах. Спектр He. Интеркомбинация.
Спектры более сложных конфигураций.
Спектры инертных газов.
Рентгеновские спектры.
Многоэлектронные атомы: модель Томаса-Ферми; метод ХартриФока.
5. Атом во внешнем поле.
Штарк-эффект. Линейный и квадратичный случай. Атом водорода в
электрическом поле. Неоднородное поле. Переменное поле.
Эффект Зеемана. Нормальный и аномальный эффекты. Переход к
сильному полю. Эффект Пашена-Бака.
6. Сверхтонкая структура спектральных линий.
7. Интенсивности спектральных линий. Правила отбора для дипольного
излучения.
3
Спектры двухатомных молекул
8. Введение.
Общие свойства и систематика спектров двухатомных молекул.
9. Электронные состояния двухатомных молекул.
Классификация уровней энергии. Задача Гайтлера-Лондона.
Физическое истолкование валентности. Симметрия волновой
функции.
10. Типы связи по Гунду.
11. Колебания и вращение двухатомных молекул.
Эффективная потенциальная энергия ядер.
Колебания двухатомных молекул. Ангармонизм.
Структура вращательных спектров. Правила отбора.
Колебательно-вращательная структура электронных полос. Принцип
Франка-Кондона.
Спектр комбинационого рассеяния. Взаимодействие колебания и
вращения.
Λ-удвоение.
Взаимодействие атомов на далёких расстояниях.
Предиссоциация. Спектры многоатомных молекул.
Свойства симметрии. Понятие группы симметрии.
12. Колебания многоатомных молекул.
Нормальные координаты. Симметрия колебательных функций.
13. Возмущения в колебательных спектрах многоатомных молекул.
Электрическая и механическая ангармоничности. Комбинационные
частоты.
Резонанс Ферми.
Инверсионное удвоение.
14. Вращение многоатомных молекул.
Линейные молекулы. Вращательная энергия и правила отбора.
Структура вращательных и колебательно-вращательных спектров.
Взаимодействие колебаний и вращения. Колебательный момент
количества движения.
4
Задания
1. Написать переходы, определяющие тонкую структуру головных линий
серий Лаймана и Бальмера (Lα, Hα) атома водорода.
2. Найти магнитный момент атома водорода (сферические координаты) и
электрический дипольный момент (параболические координаты).
3. Вычислить энергию основного состояния He, аппроксимируя волновую
функцию произведением водородных функций.
4. Вычислить уровни энергии щелочных металлов с учётом поправки
Ридберга (возмущение наведённым диполем).
5. Найти термы конфигураций p2 и p3.
6. Определить штарковское расщепление высоковозбуждённых термов
(водородоподобная модель).
7. Найти расщепление линии перехода 2D → 2P в условиях аномального
эффекта Зеемана (слабые поля).
8. Определить отношение электронных, колебательных и вращательных
частот двухатомной молекулы (порядок величины).
9. Написать колебательную энергию молекулы CO2 в состоянии с
определённым значением колебательного момента.
10. Определить туннельное расщепление колебательных термов молекул
C2H4 и C2H6 (крутильные колебания).
Литература
1. Фриш С.Э. Оптические спектры атомов. М.-Л.: Физматгиз, 1963.
2. Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. М.-Л.: Физматгиз,
1963.
3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика. М.: Наука, 1974.
4. Герцбергер Г. Атомные спектры. М.: Иностр. лит., 1948.
5. Герцбергер Г Электронные спектры и строение многоатомных молекул.
М.: Мир, 1969.
6. Герцбергер Г. Спектры и строение двухатомных молекул. М.: Иностр.
лит., 1949.
7. Волькенштейн М.В., Грибов Л.А., Ельяшевич М.А., Степанов Б.И.
Колебания молекул. М.: Наука, 1972.
5