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第二章聚合物近代仪器分析基础 一、 电磁辐射 二、材料的结构基础 一、电磁辐射 1、电磁辐射与波粒二象性 2、电磁波谱 1、电磁辐射与波粒二象性 电磁辐射是指在空间传播的交变电磁场也可称电磁波。 1、波动性 在空间传播遵循波动方程。 波动性的表现：反射、折射、干涉、衍射。 描述电磁波波动的主要物理参数有：波长（?）或者波数? 、频率（?）及相位（?）。 波长：波在一个振动周期内传播的距离。 波数：是指波在其传播方向上单位长度内波长的数目，亦即?的倒数（1/ ?）。 频率：是指每秒种内波振动的次数，单位为Hz。 相位：是决定波在任一时刻的状态的参数。 电磁波在真空中的传播速度（c）称为光速c?3*108m/s) ? ?= c (1) 1、电磁辐射与波粒二象性 2、微粒性 电磁波同时具有微粒性，即电磁波是由光子所组成的光子流。 描述电磁波微粒性的主要物理参数有：光子能量（E）和光子动量（p)。 3、波动性与微粒性联系 E=h ?= h c/ ? (2) P= h/ ? (3) h-普朗克常数， h=6.626*10-34J.s 2、电磁波谱 ?是决定电磁波性质的参数。 按一定波长范围，将电磁波分为若干波谱区。 （1）长波区 无线电波(1-1000m)与微波(0.1-100cm)，称为波谱。 长波辐射能量低，它与物质中间隔很小的能级跃迁能量相适应，如电子和原子核自旋分裂能级跃迁（顺磁共振和核磁共振） （2）中间部分，包括红外线（ 0.75 μm -1000μm )、可见光(400nm-800nm)和紫外线(10-400nm)，统称为光学学谱。 此部分辐射光子能量与原子和或分子的外层电子的能级跃迁、分子的振动转动能级相适应。 2、电磁波谱 远红外：分子转动能级跃迁。 近、中红外：分子振动能级跃迁。 可见光和紫外线：外层电子跃迁。 （3）短波部分：包括X射线（10-3-10nm）和γ射线（10-5-10-1nm），射线谱，是能量高的谱域。 X射线产生于原子内层电子能级跃迁， γ射线产生于核反应。 二、材料结构基础 1、原子能态及其表征 2、分子运动及能态 原子能态及其表征-卢瑟福原子模型 原子由原子核和电子构成； 原子核的体积很小，带正电荷，但几乎集中了整个原子的质量； 电子绕核做圆周运动，并在不同的运动轨道就像太阳的行星一样。 原子能态及其表征-量子理论 1900年德国物理学家普朗克提出。1905年爱因基坦提出量子理论： （1）微观粒子的能量是量子化的，不连续的，是某一最小值的整数倍，这一最小值为一个光量子的能量。 E=h ? h-普朗克常数， h=6.626*10-34J.s （2）微观粒子的状态发生变化时，吸收或发射电磁波，其频率为?=（E1-E2）/ h 原子能态及其表征-玻尔理论三点假设 （1）电子沿具有一定能量和半径的轨道绕核运转，在同一轨道运动时，电子能量固定，离核越近，能量越低，离核越远，能量越高。电子在离核最近、能量最低的轨道中运动时的状态称为基态，其他状态称为激发态。 （2）电子运动轨道的角动量是量子化的。 （3）电子吸收能量时，可从低能轨道跃迁至高能轨道，而从高能轨道迁至低能轨道则放出能量，其能量是量子化的。 原子结构和电子量子数 核外电子在不同状态下所具有的能量数值各不相同，并且其变化是不连续的，即量子化的。常用能级图形象化地进行表示。 能级图是按一定比例以一定高度的水平线代表一定的能量，并把电子各个运动状态的能量（能级）按大小顺序排列（由下至上能量增大）而构成的梯形图形。 核外电子的运动状态由n（主量子数）、l（角量子数）、m（磁量子数）、s自旋量子数和ms（自旋磁量子数）。 原子能态及其表征 n（主量子数）： 决定电子出现最大几率的区域离核的远近，决定电子运动状态的主要能量。代表主电子层。取值：1，2，3，… Z-原子序数；R-里德伯常数，R=2.2*10-18 , n值越大，轨道能量越高，电子出现的主要区域离原子核越远。 原子能态及其表征 l 角量子数:电子亚层 决定原子轨道形状和电子云角度分布的情况 取值：0，1，2，…，（n-1） 原子能态及其表征 m磁