Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian ủ lên phổ phát quang của nhóm vật liệu MO.SiO2.B2O3 pha tạp Mn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG

Đỗ Thị Phúc

Khảo sát sự ảnh hưởng
của thời gian ủ lên phổ phát quang
của nhóm vật liệu MO.SiO2.B2O3 pha tạp Mn

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM VẬT LÍ

ĐÀ NẴNG, NĂM 2015


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Trong thời đại của sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ, ngành vật
liệu phát quang cũng có nhiều thành tựu đáng kể với nhiều ứng dụng rộng rãi trong
cuộc sống như chế tạo đèn LED, như màn hình plasma, đồ trang trí, điều trị ung thư,
xác định độ tuổi của gốm,…Những ứng dụng này đóng góp rất lớn vào việc nâng cao
chất lượng cuộc sống của con người.
Hiện nay, ngành vật liệu phát quang luôn giữ vai trò rất quan trọng và trở thành một
trong số các ngành mũi nhọn như điện tử với các màn hình oscilloscope, màn hình
phẳng điện huỳnh quang mới,..cũng như nhiều phần liên quan tới điện tử hàng không.
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của cuộc sống, ngành vật liệu phát quang không
ngừng phát triển để đưa ra nhiều vật liệu khác nhau với đặc tính tốt hơn đáp ứng nhu

cầu trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống.
Đây là lĩnh vực luôn được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm và nghiên cứu.
Từ đặc tính phát quang của vật liệu, đặc biệt đối với các vật liệu phát ra các màu sáng
cơ bản: xanh lục, xanh lam, đỏ. Lợi dụng đặc tính phát quang của vật liệu nền borate
pha tạp Mn trong vùng ánh sáng đỏ, tôi tiến hành nghiên cứu phổ phát quang khi thay
đổi thời gian ủ vật liệu. Với những lý do trên, đề tài được chọn : “ Khảo sát sự ảnh
hưởng của thời gian ủ lên phổ phát quang của nhóm vật liệu MO.SiO2.B2O3 pha tạp
Mn“.
2. Mục đích, đối tƣợng, nội dung, nhiệm vụ và phƣơng pháp nghiên cứu
2.1. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Khảo sát phổ phát quang của vật liệu MO.SiO2.B2O3 pha tạp Mn khi thay đổi thời
gian ủ.
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu
- Lý thuyết phát quang, lý thuyết kim loại chuyển tiếp.
- Các vật liệu pha tạp Mn.
2.3. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu tổng quan lý thuyết về hiện tượng phát quang và các đặc trưng phổ phát
quang của Mn2+ trong các nền khác nhau.
- Nghiên cứu lý thuyết trường tinh thể, giản đồ Tanabe - Sugano.
SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 1


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

- Tìm hiểu hệ đo quang phổ QE6500.
- Khảo sát các đặc trưng quang phổ của vật liệu chế tạo được thông qua các phép đo

để đưa ra kết luận về ảnh hưởng của thời gian ủ đến phổ phát quang của các vật liệu.
2.4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt được mục đích và các nội dung nghiên cứu trên, tôi đề ra các nhiệm vụ cần
thực hiện như sau:
- Nghiên cứu các tài liệu về lý thuyết phát quang, lý thuyết kim loại chuyển tiếp.
- Xác định phương pháp và xây dựng quy trình chế tạo vật liệu.
- Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách sử dụng các thiết bị phục vụ cho quá
trình chế tạo, ủ vật liệu và thực hiện các phép đo phổ phát quang.
- Xử lý các số liệu thực nghiệm, viết và hoàn chỉnh đề tài.
2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Tiến hành chế tạo vật liệu bằng phương pháp pha rắn.
-

Tiến hành ủ trong lò nung.

-

Đo phổ phát quang.

-

Sử dụng phần mềm Orgin chuyên dụng để xử lý số liệu.

2.6. Cấu trúc của đề tài
- Phần mở đầu: Gồm 2 trang giới thiệu chung về khóa luận.
- Phần nội dung: Gồm 3 phần
Phần A: Tổng quan lý thuyết.
Chương I: Hiện tượng phát quang.
Chương II: Một số ứng dụng của vật liệu phát quang.
Chương III: Tìm hiểu về một số hợp chất, ion kim loại chuyển tiếp.

Phần B: Thực nghiệm.
Phần C: Kết luận

SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 2


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn
PHẦN A: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

CHƢƠNG I: HIỆN TƢỢNG PHÁT QUANG
1.1.Vật liệu phát quang
Trong tự nhiên và nhân tạo, nhiều chất có khả năng hấp thụ năng lượng bên ngoài
để đưa các phân tử lên trạng thái kích thích và chuyển về trạng thái cơ bản với bức xạ
ánh sáng. Các chất có khả năng biến đổi các dạng năng lượng khác nhau (quang năng,
điện năng, nhiệt năng…) thành quang năng gọi là chất phát quang.
Dưới dạng tinh thể hay thủy tinh, các vật liệu phát quang có thể chuyển đổi các
dạng năng lượng thành bức xạ điện từ và bức xạ nhiệt. Mỗi vật liệu phát quang khác
nhau có phổ phát quang khác nhau, sự phát quang được kích thích bởi nhiều loại năng
lượng.
Vật liệu phát quang là hệ gồm mạng chủ, ion kích hoạt và ion tăng nhậy (nếu có).
Các quá trình trong hệ xảy ra như sau: bức xạ kích thích có thể được hấp thụ bởi ion
kích hoạt, ion tăng nhậy hoặc mạng chủ; trường hợp hấp thụ bởi ion kích hoạt thì ion
được nâng lên trạng thái kích thích sau đó quay về trạng thái cơ bản bằng sự phát xạ
bức xạ; trường hợp hấp thụ bởi các ion tăng nhạy hay mạng chủ thì xảy ra quá trình
truyền năng lượng đến ion kích hoạt, sau đó kích thích ion kích hoạt phát xạ.
Thực tế, quá trình phát xạ bức xạ cạnh tranh với quá trình chuyển dời không bức xạ,

để tạo ra những vật liệu phát quang hiệu quả thì phải loại bỏ những quá trình không
bức xạ.
Hầu hết các nhà nghiên cứu về vật liệu phát quang đều tập trung đến bức xạ trong
vùng khả kiến, tuy nhiên cũng có trường hợp nghiên cứu phổ quay, phổ dao động phân
tử với bức xạ trong vùng hồng ngoại (IR) và tử ngoại (UV).
1.2. Định nghĩa hiện tƣợng phát quang
Sự bức xạ quang học của những chất phát quang được gọi là hiện tượng phát
quang.
Thông thường phát quang nằm trong vùng quang học, nghĩa là vùng tử ngoại đến
hồng ngoại. Tuy nhiên, nếu dùng bức xạ hạt để kích thích thì sự phát quang cũng có
thể là những bức xạ nằm trong vùng tử ngoại.

SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 3


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

Trong thiên nhiên, ngoài các bức xạ quang học, chúng ta còn có các bức xạ nhiệt
của vật đen tuyệt đối, ánh sáng phản xạ hoặc khuếch tán. Các ánh sáng này cũng nằm
trong vùng quang học. Phát quang là dạng bức xạ riêng để phân biệt với ánh sáng
khuếch tán hoặc phản xạ.
Theo Vavilôp, hiện tượng phát quang là hiện tượng các chất phát quang phát ra
bức xạ còn dư đối với bức xạ nhiệt trong trường hợp mà bức xạ còn dư đó kéo dài
trong khoảng thời gian 10-16(s) hoặc lớn hơn.
Định nghĩa giúp phân biệt phát quang với các dạng bức xạ khác. Ở nhiệt độ phòng,
bức xạ quang học của nhiều chất phát quang phát ra ánh sáng ở vùng khả kiến hoặc

đôi khi ở vùng tử ngoại; đối với vật đen tuyệt đối thì bức xạ nhiệt ở nhiệt độ phòng
thực tế là không chứa ánh sáng khả kiến hay tử ngoại.
1.3. Phân loại các dạng phát quang
1.3.1. Phân loại theo tính chất động học xảy ra trong chất phát quang
Gồm hai loại:
- Phát quang của tâm bất liên tục:
+ Định nghĩa: quá trình từ khi hấp thụ năng lượng đến khi bức xạ đều xảy ra trong
cùng một tâm nhất định. Tâm này có thể là phân tử, tập hợp phân tử hay ion.

X

M
A
H

Hình 1. Quá trình phát quang tâm bất liên tục A; X là
kích thích; M là bức xạ và H là dao động nhiệt.
+ Đặc điểm của sự phát quang: quá trình xảy ra trong những tâm bất liên tục hoàn
toàn độc lập với nhau; sự tương tác giữa những tâm liên tục cũng như ảnh hưởng của
môi trường bên ngoài đối với chúng nói chung là không đáng kể. Do đó, khả năng phát
quang chỉ do những quá trình xảy ra trong nội tâm phát quang quy định mà không có
sự tham gia của những tá nhân bên ngoài. Tác nhân bên ngoài trong nhiều trường hợp
có tác dụng làm tắt ánh sáng phát quang.

SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 4


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

- Phát quang tái hợp:
+ Định nghĩa: loại phát quang trong đó những quá trình chuyển hóa năng lượng
kích thích sang bức xạ quang học đều có sự tham gia của toàn bộ chất phát quang.

X

M
A

S
T

Hình 2. Quá trình phát quang tâm tái hợp A; X là kích thích tâm S; truyền
năng lƣợng T và M là bức xạ tâm A.
+ Đặc điểm: Vị trí kích thích không trùng với vị trí bức xạ. Sự trao đổi năng lượng
từ vị trí kích thích đến vị trí bức xạ phải qua những quá trình trung gian. Những quá
trình này liên quan đến sự dịch chuyển của những hạt mang điện (điện tử, lỗ trống hay
ion) tiến triển qua một số giai đoạn. Đầu tiên, khi kích thích trong chất phát quang xảy
ra quá trình phân ly thành những thành phần mang điện tích trái dấu. Sau đó, những
thành phần này sẽ dịch chuyển một đoạn đường khá lớn và cuối cùng tái hợp lại với
những thành phần mang dấu ngược, thường thì với những thành phần mới chứ không
phải những thành phần khi bắt đầu phân ly.
Trong hai loại phát quang trên, các quá trình có thể xảy ra tạo một vị trí duy nhất
hay qua nhiều vị trí trung gian nhưng cuối cùng cũng chuyển từ trạng thái kích thích
về trạng thái cơ bản để phát ánh sáng phát quang. Dựa vào tính chất khác nhau của sự
chuyển về trạng thái cơ bản, Vavilop đã phân loại như sau:
- Phát quang tự phát: xảy ra khi phân tử ở trạng thái kích thích chuyển về trạng thái

cơ bản do tác dụng của trường nội tại của phân tử. Đặc điểm của sự phát quang tự phát
là không phụ thuộc gì vào tác dụng của những yếu tố bên ngoài.
- Phát quang cưỡng bức: sự phát quang xảy ra khi các tâm bức xạ chuyển từ trạng
thái kích thích về trạng thái cơ bản nhờ tác động từ bên ngoài (ví dụ như ánh sáng,
nhiệt độ,…). Gồm hai giai đoạn:


Giai đoạn một: chuyển điện tử từ mức siêu bền III lên mức II do tác dụng bên

ngoài.

SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 5


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

 Giai đoạn hai: chuyển điện tử từ mức II về mức cơ bản I.

II
(1)
III
(2)
I
Hình 3. Cơ chế phát quang cƣỡng bức.
Trong hai loại phát quang của những tâm bất liên tục và phát quang tái hợp bao
gồm cả sự phát quang tự phát và phát quang cưỡng bức. Chúng ta có thể tóm tắt sự

phân loại theo sơ đồ sau:
Phát quang

Phát quang của những
tâm bất liên tục

Phát quang
tự phát

Phát quang
cưỡng bức

Phát quang tái hợp

Phát quang do tái
hợp trực tiếp

Phát quang
tự phát

Phát quang do tái hợp
phức tạp qua những
khâu trung gian

Phát quang
cưỡng bức

Phát quang
tự phát

SVTH: Đỗ Thị Phúc

Phát quang
cưỡng bức

Trang 6


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

1.3.2. Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài sau khi ngừng kích thích
- Huỳnh quang: hiện tượng phát quang tắt ngay sau khi ngừng kích thích. Thời gian
sống   10-8(s). Bản chất của huỳnh quang là sự hấp thụ diễn ra ở các tâm hấp thụ thì
bức xạ cũng xảy ra ở các tâm hấp thụ đó.
- Lân quang: hiện tượng phát quang vẫn còn quan sát được sau khi ngừng kích thích.
Thời gian sống   10-8(s). Bản chất của lân quang là sự hấp thụ có thể xảy ra ở tâm
này nhưng lại bức xạ ở tâm khác.
1.3.3. Phân loại theo phƣơng pháp kích thích
- Quang phát quang: sự phát quang khi kích thích bởi ánh sáng trong vùng quang học.
- Cathod phát quang: sự phát quang khi kích thích bằng chùm điện tử. Cathod phát
quang có thể chia làm hai loại: Âm cực phát quang và dương cực phát quang.
- Ma sát phát quang: sự phát quang khi kích thích bởi năng lượng cơ học (có nghĩa
khi bị chà sát hay xay nghiền).
- Tia X phát quang: sự phát quang khi kích thích bằng tia X.
- Hóa phát quang: sự phát quang do các phản ứng hóa học.
- Điện phát quang: sự kích thích vật liệu phát quang dưới tác dụng của dòng điện.
- Sinh phát quang: sự phát ra ánh sáng từ các cơ thể sống.
- Phóng xạ phát quang: sự phát quang khi kích thích bằng phóng xạ hạt nhân như tia

γ , tia β , tia X,…

1.3.4. Sự khác nhau giữa phổ phát quang của những tâm bất liên tục và phát
quang tái hợp
1.3.4.1. Phổ hấp thụ và phổ bức xạ
- Phát quang của tâm bất liên tục: Sự hấp thụ ánh sáng kích thích và sự bức xạ ánh
sáng phát quang xảy ra ở cùng một tâm phát quang. Do đó, phổ hấp thụ và phổ bức xạ
có sự liên hệ chặt chẽ về cấu trúc.
- Phát quang tái hợp: Sự hấp thụ ánh sáng kích thích và sự bức xạ ánh sáng phát
quang xảy ra ở hai nơi khác nhau. Do đó, phổ hấp thụ và phổ bức xạ không có liên
quan với nhau.

SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 7


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

1.3.4.2. Thời gian kéo dài của trạng thái kích thích
- Tâm bất liên tục: Thời gian kéo dài của sự phát quang của tâm bất liên tục tùy thuộc
vào tính chất trạng thái kích thích: thời gian kéo dài trạng thái kích thích bé thì thời
gian phát quang cũng bé. Bước chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản là
bước chuyển cho phép thì thời gian kéo dài trạng thái kích thích vào khoảng vài phần
triệu giây ; trường hợp bước chuyển bị cấm, điện tử ở trạng thái kích thích khá lâu
khoảng thời gian từ vài phần nghìn giây đến vài giây – thường ứng với mức siêu bền
III, sau đó các điện tử được giải phóng khỏi mức siêu bền dưới tác dụng của tác nhân
bên ngoài (ví dụ như hấp thụ nhiệt).

Nếu không có tác động của tác nhân bên ngoài, điện tử cũng có thể phát quang tự
phát từ mức siêu bền III về mức cơ bản I nhưng xác suất dịch chuyển rất thấp. Do đó,
thời gian phát quang kéo dài trong bước chuyển tự phát khỏi mức siêu bền lớn hơn
nhiều so với phát quang kéo dài trong bước chuyển cưỡng bức.

II
III
I
Hình 4. Mức siêu bền ảnh hƣởng đến thời gian kéo dài trạng thái kích thích.
Tóm lại, sự phát quang của những tâm bất liên tục trong mọi trường hợp có thời
gian kéo dài từ vài phần triệu giây đến vài giây.
- Phát quang tái hợp: Sự phát quang tái hợp có thời gian kéo dài có thể vào khoảng
10-7 đến 10-5 (s). Tuy nhiên, đa số trường hợp thường lớn hơn 10-3 (s).
1.3.4.3. Định luật tắt dần của sự phát quang
- Tâm bất liên tục
+ Phát quang tự phát:
Gọi  là xác suất của bước chuyển từ mức kích thích về mức cơ bản; n0 là số điện
tử trên mức kích thích tại thời điểm ban đầu (khi bắt đầu tắt dần); n là số điện tử trên
mức kích thích tại thời điểm t kể từ thời điểm ban đầu.
Ta có:

dn = - αndt

Từ đó lấy tích phân, ta có:
SVTH: Đỗ Thị Phúc

(1.1)

n = n 0e -  t

(1.2)
Trang 8


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

Với J0 và J là cường độ ánh sáng phát quang tại thời điểm ban đầu và tại thời điểm
t kể từ thời điểm ban đầu. Ta có:

J= -

dn
= n 0αe -  t = αn
dt

(1.3)

Khi t = 0 thì J = n 0 α= J 0
Do đó:

J = J 0e- t

(1.4)

Như vậy, sự phát quang của những tâm bất liên tục (trường hợp tự phát) tắt dần theo
định luật hàm số mũ.
+ Phát xạ cưỡng bức: Quá trình phát quang tiến triển theo hai giai đoạn. Đầu tiên,
điện tử do tác dụng của các tác nhân bên ngoài từ mức siêu bền III nhảy lên mức kích

thích II, sau đó từ mức kích thích II chuyển tự phát về mức cơ bản. Trường hợp này,
thời gian kéo dài của sự phát quang do quá trình đầu tiên (III → II) quy định vì xác
suất chuyển dời từ mức II về mức I rất lớn nên thời gian kéo dài thấp hơn, hay nói
cách khác điện tử sau khi chuyển lên mức II thì lập tức nhảy về mức I. Sự thay đổi số
điện tử trên mức siêu bền III cũng tuân theo phương trình (1.2) nên định luật tắt dần
cũng là định luật hàm số mũ.

II
III
I
Hình 5. Phát xạ cƣỡng bức
Tuy nhiên vì bước chuyển từ mức III lên mức II phải có tác nhân bên ngoài (ở đây
là nhiệt độ) nên xác suất giải phóng điện tử khỏi mức siêu bền phụ thuộc vào nhiệt độ.
Nhiệt độ càng lớn thì  càng lớn.
- Phát quang tái hợp:
+ Tái hợp trực tiếp:
Gọi n là số ion dương tạo nên trong khi kích thích, n cũng chính là số điện tử hay
số ion âm. Số lần tái hợp trong đơn vị thời gian rõ ràng phải phụ thuộc vào cả số ion
dương và số ion âm, tức là phụ thuộc vào n2. Do đó ta có:

dn = - pn 2 dt
SVTH: Đỗ Thị Phúc

(1.5)

Trang 9


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

Trong đó : p là xác suất tái hợp.
Tích phân hai vế phương trình (1.5)



dn
= - pdt 
n2

-

1
= - pt + c
n

(1.6)

Khi t = 0 , ta có:

c=-

1
n0

n0 là số ion ở thời điểm ban đầu. Suy ra:

n=

n0

pn 0 t+1

Cường độ ánh sáng phát quang :

J= -

J0
dn
 J=
(at+1)2
dt

(1.7)

2
Với J0 = pn 0 , a = pn 0

Như vậy, định luật tắt dần của phát quang tái hợp trực tiếp là định luật hypecbol
cấp hai.
+ Tái hợp qua những khâu trung gian:
Trong thực tế, sự tái hợp không phải xảy ra ngay sau khi phân ly mà trước khi tái
hợp các ion có thể bị định xứ ở những vị trí đặc biệt trong mạng tinh thể. Do đó định
luật tắt dần sẽ phức tạp hơn.
Định luật tắt dần tuân theo hàm hyperbol cấp phân số:

pν1μ 2
dn
J==

dt γ+ 1 - γ  μ
Với μ =

(1.8)

n
ν1

n : tổng số điện tử trên vùng dẫn và số điện tử trên các mức định xứ
ν 1 : số mức định xứ

p : xác suất giải phóng điện tử khỏi các mức định xứ

γ : tỉ số giữa xác suất định xứ và xác suất tái hợp
SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 10


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

Trong trường hợp phát quang tái hợp mà một thành phần nào đó (như ion dương)
thừa quá nhiều so với thành phần kia thì định luật tắt dần vẫn tuân theo hàm số mũ:
Gọi N là số ion dương (là thành phần thừa nhiều so với số ion âm n) ta có:

dn = - p Nndt

(1.7)

Vì N thừa quá nhiều nên trong quá trình tắt dần N có thể xem thực tế là không đổi.
Do đó lấy tích phân, ta có:

J= -

n = n 0e - pNt (1.8)

dn
= pNn 0e - pNt = J0e - pNt (1.9)
dt

J 0 = pNn 0
Như vậy, định luật tắt dần tuân theo định luật hàm số mũ thì chưa có thể quyết đoán
là sự phát quang của tâm bất liên tục hay phát quang tái hợp.
1.3.4.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ
- Tâm bất liên tục:
+ Phát quang tự phát: Nhiệt độ hầu như không ảnh hưởng đến xác suất chuyển dời
tự phát. Do đó, thời gian kéo dài phát quang tự phát của tâm bất liên tục không thay
đổi khi nhiệt độ thay đổi.
+ Phát quang cưỡng bức: Xác suất giải phóng điện tử khỏi các mức siêu bền của
những tâm bất liên tục được cho bởi công thức:

α = Ae - E/kT (1.10)
Trong đó: E- Năng lượng cần thiết để giải phóng điện tử
T – Nhiệt độ tuyệt đối
A – Hằng số
Đặc điểm: Khi T càng lớn thì  càng lớn, xác suất tái hợp cũng sẽ phụ thuộc vào
nhiệt độ. Vậy khi nhiệt độ thay đổi thì thời gian kéo dài của sự phát quang cưỡng bức
của tâm bất liên tục sẽ thay đổi rất nhiều.

- Phát quang tái hợp: Vận tốc di chuyển của điện tử càng lớn khi nhiệt độ càng tăng,
do đó xác suất tái hợp sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ .

SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 11


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

1.3.4.5. Tính chất điện của chất phát quang
Khi kích thích một bộ phận của chất phát quang bị ion hóa hay phân ly, số điện tử
tự do trong chất phát quang tăng lên, tính dẫn điện của chất phát quang tăng. Như vậy,
sự xuất hiện các điện tử tự do liên quan đến tính điện của chất phát quang.
- Tâm bất liên tục: Sự phát quang của tâm bất liên tục xảy ra trong từng phần riêng
biệt của chất phát quang nên khi kích thích không làm cho tính dẫn điện thay đổi.
- Phát quang tái hợp: Sự xuất hiện các điện tử tự do là yếu tố quan trọng trong phát
quang tái hợp. Khi kích thích thì tính dẫn điện của chất phát quang tái hợp thay đổi.
Như vậy nghiên cứu sự thay đổi tính chất điện của chất phát quang là vô cùng quan
trọng để xác định tính chất của những quá trình xảy ra khi phát quang.
1.4. Những tính chất quang học cơ bản của các chất phát quang
1.4.1. Phổ hấp thụ và phổ phát quang
1.4.1.1. Phổ hấp thụ
Phổ hấp thụ của một chất phát quang là tập hợp những hệ số hấp thụ đặc trưng cho
khả năng hấp thụ của chất đó đối với những bước sóng (hay tần số) khác nhau. Phổ
hấp thụ của các chất phát quang khác nhau là khác nhau, có thể là những dải hẹp hay
những dải rộng.
1.4.1.2. Phổ phát quang

Phổ phát quang là hàm phân bố năng lượng do chất phát quang bức xạ theo tần số
hoặc bước sóng.
Phổ phát quang được xác định bởi thành phần và cấu trúc của những trung tâm phát
quang (hấp thụ) và môi trường bên ngoài.
Thành phần và cấu trúc của những tâm phát quang xác định:
+ Sự hình thành mức năng lượng.
+ Tính chất của mức năng lượng.
+ Xác suất chuyển dời giữa các mức, đặc biệt là tính siêu bền của một số mức do
xác suất chuyển dời khá bé.
Ảnh hưởng của môi trường ngoài:
+ Thay đổi vị trí mức và sự tách mức.
+ Thay đổi xác suất chuyển dời, đặc biệt làm cho các dịch chuyển bị cấm không
còn tác dụng.
SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 12


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

+ Giải phóng điện tử mức siêu bền bằng cách đưa chúng lên những mức cao hơn do
sự trao đổi nhiệt.
Phổ phát quang có thể là các đám rộng, các vạch hẹp tùy vào từng vật liệu.
1.4.2. Hiệu suất phát quang
Hiệu suất phát quang cho phép đánh giá khả năng biến đổi giữa năng lượng ánh
sáng kích thích sang năng lượng ánh sáng phát quang. Người ta đánh giá trên hai đại
lượng: hiệu suất năng lượng và hiệu suất lượng tử.
Hiệu suất năng lượng:

BNL =

E PQ
E HT

Trong đó, EPQ là năng lượng phát quang; EHT là năng lượng hấp thụ ánh sáng kích
thích.
Hiệu suất lượng tử:

BLT =

N PQ
N HT

Trong đó, NPQ là lượng tử phát quang; NHT là lượng tử hấp thụ ánh sáng kích thích.
Thực tế, ánh sáng phát quang có cường độ bé nên việc đo BNL là phép đo khá phức
tạp và khó khăn. Những chất phát quang thì hiệu suất phát quang chỉ đáng kể ở những
điều kiện nhất định. Nếu thay đổi điều kiện thì năng lượng hấp thụ có thể chuyển hoàn
toàn sang các dạng năng lượng khác mà không phải năng lượng phát quang. Vavilop
đã chứng minh rằng trong điều kiện thuân lợi thì hiệu suất năng lượng xấp xĩ bằng một
và thậm chí lớn hơn một.
1.4.3. Sự tắt dần ánh sáng phát quang
Khi ngừng không kích thích chất phát quang thì ánh sáng phát quang sẽ tắt dần.
Thời gian kéo dài của ánh sáng phát quang là một trong những tính chất đáng chú ý.
Việc xác định thời gian kéo dài của ánh sáng huỳnh quang liên hệ chặt chẽ với việc
nghiên cứu quy luật tắt dần. Để nghiên cứu, người ta đã tiêu chuẩn hóa cách kích thích
để có cơ sở so sánh giữa các chất phát quang khác nhau. Phân thành hai loại:
-

Kích thích tức thời: kích thích trong một khoảng thời gian rất ngắn so với chu kì

tắt. Trường hợp này, tất cả các trung tâm phát quang được kích thích đồng thời hay
toàn bộ năng lượng mà chất huỳnh quang dùng để bức xạ đều được nhận cùng lúc.
Quy luật tắt dần theo hàm số mũ thì thời gian kích thích tức thời vào khoảng 0.01 đến
SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 13


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

0.056 (s). Quy luật tắt dần là quy luật hyberbon thì vấn đề kích thích tức thời phân làm
hai loại. Trong giai đoạn đầu, khi sự tắt dần tăng rất nhanh thời gian kích thích tức thời
phải khá bé so với thời gian kéo dài của giai đoạn tắt dần đang xét. Trong giai đoạn
sau khi tắt dần giảm chậm hơn thì thời gian kích thích có thể lâu hơn mà vẫn là kích
thích tức thời.
-

Kích thích dài vô hạn: kích thích khá lâu để có sự cân bằng giữa bức xạ và hấp

thụ. Quy luật tắt dần theo hàm số mũ, thời gian kích thích dài vô hạn vào khoảng 5 đến
6 (s). Quy luật tắt dần là quy luật hyberbon thì sự tắt dần tương đối chậm hơn. Muốn
đạt đến sự cân bằng giữa bức xạ và hấp thụ có khi phải kích thích hàng giờ hoặc lâu
hơn.
Khi sự cân bằng được thực hiện, chất phát quang trong khoảng thời gian nào cũng
hấp thụ một năng lượng kích thích đúng bằng năng lượng mà nó tiêu thụ trong quá
trình bức xạ và các quá trình tắt khác. Như vậy, kết quả của sự kích thích dài vô hạn là

trạng thái phát quang đạt đến trạng thái dừng không thay đổi nếu tiếp tục kích thích.
1.5. Những định luật cơ bản về sự phát quang
1.5.1. Định luật về sự không phụ thuộc vào bƣớc sóng của ánh sáng kích thích
Nhiều thí nghiệm đã chứng minh rằng “Phổ phát quang của các phân tử phức tạp
trong các môi trường tích tụ (rắn, lỏng) không phụ thuộc vào ánh sáng kích thích.”
Giải thích: Khi dùng các ánh sáng kích thích có bước sóng khác nhau, các phân tử
sẽ bị kích thích lên các mức dao động khác nhau. Những phần tử chỉ tồn tại ở đây
trong một thời gian ngắn hơn thời gian trung bình và chuyển về mức năng lượng của
điện tử, phần năng lượng dao động đã bị tiêu hao trong thời gian này. Lúc này hệ là
các phân tử kích thích có sự phân bố ổn định về năng lượng. Sự phân bố này hoàn toàn
vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào ánh sáng kích thích. Do đó, khi phân tử chuyển từ
trạng thái này xuống trạng thái cơ bản sẽ bức xạ ra các ánh sáng có phổ như nhau,
không phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích.
1.5.2. Định luật Stock-Lomen
Thực nghiệm cho thấy không phải mọi bức xạ đơn sắc đều kích thích được sự phát
quang của một chất mà chỉ những bức xạ đơn sắc nằm trong miền hấp thụ của chất đó
mới có thể kích thích được sự phát quang. Với các chất rắn, lỏng, khí và dung dịch thì
SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 14


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

các bức xạ bị vật hấp thụ trải một cách liên tục trong một miền quang phổ gọi là phổ
hấp thụ.
Khi kích thích vật phát quang (dù chỉ bằng một bức xạ đơn sắc nằm trong miền hấp
thụ) thì vật cũng phát ra một loại bức xạ trải một cách liên tục trong một miền quang

phổ, gọi là phổ phát quang của chất.
Khi nghiên cứu phổ hấp thụ và phát quang, Stock đã tim được định luật (năm
1852): “ Cực đại của phổ phát quang của một chất bao giờ cũng ở một bước sóng lớn
hơn bước sóng ứng với cực đại của phổ hấp thụ của chất đó.”
Giải thích: mỗi nguyên tử hay phân tử của chất huỳnh quang hấp thụ hoàn toàn một
phôtôn của ánh sáng kích thích có năng lượng hfht để
chuyển sang trạng thái kích thích. Khi ở trong trạng

PQ

thái kích thích, nguyên tử hay phân tử này có thể va
chạm với các nguyên tử hay phân tử khác và bị mất
một phần năng lượng. Khi trở về trạng thái bình
thường nó sẽ phát ra một phôtôn hfpq có năng lượng
nhỏ hơn:

ε ht > ε pq  hf ht > hf pq 

hc
hc
>
 λ ht < λ pq
λ ht
λ pq

Về sau, Lomen chính xác hóa định luật Stock như sau: “Toàn bộ phát quang và cực
đại của nó bao giờ cũng dịch về phía sóng dài so với toàn bộ phổ hấp thụ và cực đại
của nó.”
1.5.3. Định luật đối xứng gƣơng của phổ hấp thụ và phổ phát quang
Định luật được B.Lopsin phát biểu như sau: “Phổ hấp thụ và phổ phát quang biểu

diễn theo hàm số của tần số đối xứng gương qua đường thẳng vuông góc với trục tần
số và đi qua giao điểm của hai phổ”.

SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 15


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

CHƢƠNG II: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG
2.1. Đèn huỳnh quang
Đèn huỳnh quang hay gọi là đèn típ gồm điện cực (vonfram), vỏ đèn và lớp bột
huỳnh quang. Ngoài ra người ta còn bơm vào đèn một ít hơi thủy ngân và khí trơ (Ne,
Ar,..) để tăng độ bền của điện cực và tạo ánh sáng màu.

Hình 6. Cấu tạo của đèn huỳnh quang
Đèn huỳnh quang là dạng đèn phóng điện trong môi trường khí, đòi hỏi phải có một
hiệu điện thế hay điện áp ban đầu đủ lớn giữa hai điện cực để tạo ra hồ quang điện
kích thích sự phát sáng. Do đó, bóng đèn cần phải mồi phóng điện nhờ hai bộ phận là
chấn lưu (hay tăng phô) và tắc te (hay chuột). Chấn lưu được mắc nối tiếp với hai đầu
điện cực với tác dụng điều chỉnh và ổn định tần số của dòng điện. Tắc te được mắc
song song với hai đầu điện cực với tác dụng khởi động đèn ban đầu. Khi có dòng điện
đi qua, hai cực của nó tích điện đến mức nào đó thì phóng điện.
Nguyên lý phát sáng của đèn huỳnh quang: Khi bật công tắc đèn, xảy ra hiện tượng
hồ quang điện tức là sự phóng điện trong khí trơ để kích thích tạo ra ánh sáng. Khi
dòng điện đi vào, gây ra một hiệu điện thế lớn giữa hai điện cực làm cho dây tóc trên
hai đầu điện cực nóng lên, phát xạ các electron và các electron va chạm vào các phân

tử khí trơ làm phóng ra nhiều hạt ion. Khi các electron và ion di chuyển trong ống,
chúng va chạm vào các nguyên tử khí thủy ngân và phát xạ ra các photon ánh sáng cực
tím. Những tia cực tím này va chạm vào lớp bột huỳnh quang và phát ra ánh sáng
trắng, mắt thường chúng ta nhìn thấy được.
Đèn huỳnh quang phát xạ ánh sáng trắng được sinh ra bằng cách kết hợp ba ánh
sáng màu xanh lá cây, xanh da trời và màu đỏ do các bột phát quang phát ra.
Với ưu điểm, tỏa nhiệt ra môi trường thấp nên đèn huỳnh quang sẽ cho hiệu suất
phát sáng cao hơn nhiều so với đèn sợi đốt và tuổi thọ cao hơn. Bình quân, dùng đèn
huỳnh quang tiết kiệm hơn đèn sợi đốt 8 đến 10 lần. Hiện nay, ngoài thị trường xuất
SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 16


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

hiện đèn huỳnh quang thu nhỏ (còn gọi là compact). Nó cũng rất giống với đèn huỳnh
quang nhưng hiệu suất phát quang cao hơn và tiết kiệm điện năng hữu hiệu hơn.
2.2. Đèn LED ( Light Emitting Diod)
LED là các điôt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại.
Cấu tạo: Bộ phận quan trọng nhất của đèn LED là chíp LED. Chíp LED được cấu
tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n. Chíp LED phát sáng
khi phân cực thuận. Ngoài ra còn các bộ phận khác như lớp vỏ, các điện cực,…

Hình 7. Cấu tạo đèn LED
Nguyên lý phát quang của LED: Khối bán dẫn p chứa nhiều lỗ trống tự do mang
điện tích dương, khối bán dẫn n chứa nhiều điện tử tự do mang điện tích âm. Ở biên
giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần

nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá
trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng hay các bức xạ điện từ.
Tùy theo mức năng lượng giải phóng mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau tức
màu sắc của LED sẽ khác nhau.
Ưu điểm:
- Đèn LED có thể tạo ra 16 triệu màu khác nhau.
- Kích thước nhỏ, tiêu hao ít năng lượng, hiệu suất huỳnh quang cao và tuổi thọ
lớn.
Ứng dụng: LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử,
đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông, thiết bị điều khiển từ xa… Đặc biệt LED còn
SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 17


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

được sử dụng trong màn hình tivi, màn hình LED có độ dày chỉ còn từ 3 – 5cm, rất
mỏng nên tăng thêm tính thẩm mỹ cho sản phẩm. Bên cạnh đó, việc sử dụng LED
khiến tiêu thụ điện năng thấp hơn.

Hình 8. Tivi màn hình LED
Mỗi điểm ảnh sẽ được cấu tạo từ ba LED: xanh, xanh lá, đỏ. Nhờ điều chỉnh cường
độ sáng của từng LED, có thể thay đổi cường độ sáng tỉ đối của ba LED so với nhau,
nhờ đó tạo ra màu sắc tổng hợp tại mỗi điểm ảnh. Khi muốn điểm ảnh tắt, chỉ cần tắt
toàn bộ 3 LED là có thể thu được màu đen tuyệt đối.
2.3. Ống tia Cathode
Các vật liệu phát quang được kích thích bằng tia Cathode có một tầm quan trọng

trong thực tế rất lớn : ống tia Cathode được dùng cho tivi màu, kính hiển vi điện tử,
oscilloscopes, kính hiển vi điện tử,…
Trong ống tia Cathode tivi màu, màn hình phát quang gồm một tấm xếp đều đặn ba
loại đốm: các đốm vật liệu phát xạ đỏ, màu xanh lá cây, màu xanh da trời. Một súng
phóng cho các electron đối với các đốm đỏ cho hình ảnh màu đỏ, một súng cho các
chấm màu xanh lá cây và một súng cho màu xanh da trời. Sự pha trộn ba màu cơ bản
trên của ba vật liệu phát xạ cho phép sản xuất ra toàn bộ các màu nằm trong tam giác
màu.

SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 18


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

Hình 9. Màn hình CRT (Cathode Ray Tube) đƣợc chiếu sáng
bằng ống tia Cathode
A : Âm cực

B : Lớp phủ dẫn điện

C : Dương cực

D : Màn hình phủ Phosphor

E: Tia điện tử

F : Shadow Mask

Đối với các ti vi đen trắng, màu phát xạ trắng xanh được ưa thích hơn. Điều này
nhận được bàng cách trộn hai loại vật liệu phát quang. Trong ti vi màu, điều này phức
tạp hơn. Ba loại vật liệu phát quang (phosphors) đã được chọn lọc để độ chói là cao
nhất và màu được tái hiện một cách tốt nhất.
Màn hình CRT là màn hình phủ Phosphors gồm hàng triệu điểm Phosphor màu Đỏ,
Xanh lam, Xanh lục và phát sáng khi có tia điện tử đập vào. Tia điện tử di chuyển trên
màn hình và tạo ra hình ảnh mà mắt người trông thấy.
Hiệu quả bức xạ của các vật liệu phát quang dưới tia Cathode rất cao. Có nhiều loại
Cathode khác nhau cho ứng dụng khác nhau, ống cho oscilloscope, các ống rada, các
ống với các màn hình độ phân giải cao,… Mỗi một loại ống có các vật liệu phát quang
tương ứng.
2.4. Tấm tăng quang trong chụp phim X - quang
Các tấm tăng quang được ứng dụng rất rộng rãi, đặc biệt trong y tế đó là chụp phim
X quang. Các tia X không bị phát hiện một cách hiệu quả bởi phim ảnh, do các phim
này hấp thụ yếu tia X. Vì vậy đòi hỏi thời gian chiếu xạ dài và tạo ra các hình ảnh mơ
hồ khi vật thể chuyển động. Tuy nhiên các bức xạ tia X thì ảnh hưởng rất xấu đến con
người.
Các vật liệu phát quang có thể hấp thụ tia X và chuyển đổi năng lượng hấp thụ một
cách hiệu quả thành ánh sáng. Hệ chiếu X quang y tế dựa trên việc dùng tấm tăng
SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 19


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

quang. Bức xạ tia X được truyền qua bệnh nhân được phát hiện bởi phosphor tia X sử
dụng trên màn tấm tăng quang, huỳnh quang phát xạ được phát hiện nhờ phim ảnh.

Hình 10. Quá trình chụp phim X quang
Việc sử dụng màn tăng quang giúp làm giảm liều chiếu lên bệnh nhân và kéo dài
tuổi thọ của ống phát tia X. Phim X – quang có cấu tạo và tính chất tương tự phim
quang học. Các dãy phim X – quang khác nhau thì có dãy phổ đáp ứng khác nhau
nhưng cơ chế hoạt động thì tương tự nhau. Phim X – quang gồm hai phần chính là đế
(base) và lớp nhũ tương (emulsion). Lớp nhũ tương là thành phần quan trọng nhất của
phim X – quang. Ánh sáng từ màn tăng quang sẽ tác động với lớp này và chuyển
thông tin lên phim.
Các đặc tính của phim X – quang:
+ Độ tương phản: độ tương phản càng cao thì độ tương phản thì bề rộng đáp ứng
càng thấp.
+

Tốc độ phim cho biết mức độ đáp ứng phim với phonon, tốc độ càng cao thì

phim càng càng nhạy và càng giảm liều chiếu cho bệnh nhân.
+ Sự tương ứng về phổ khi chọn phim và màn tăng quang.
+ Khi làm việc với phim trong phòng tối, cần sử dụng ánh sáng thích hợp để không
ảnh hưởng đến phim.

SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 20


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

CHƢƠNG III: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ HỢP CHẤT, ION

KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP
3.1. Một số hợp chất của Canxi (Ca)
3.1.1. Canxi cacbonat (CaCO3)
CaCO3 là chất bột hay cục màu trắng, phân hủy khi nung, tan trong nước rất kém,
không phản ứng với kiềm. Bị phân hủy trong axit, trong dung dịch amoni clorua.
Phân tử gam: 100,09 g/mol
Khối lượng riêng: 2,93 g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy: 8250C
3.1.2. Canxi Oxit (CaO)
Canxi oxit (còn gọi là vôi sống, vôi nung) là chất rắn có dạng tinh thể màu trắng.
Được điều chế từ canxi cacbonat (CaCO3) bằng cách phân hủy nhiệt ở khoảng 9000C.
900 C
CaCO3 
 CaO + CO2
O

Phân tử gam: 56,08 g/mol
Khối lượng riêng: 3,35 g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy: 25720C
3.2. Một số hợp chất của Bari (Ba)
3.2.1. Bari cacbonat (BaCO3)
BaCO3 là chất bột màu trắng, phân hủy khi đun nóng, không tan trong nước. Bị axit
loãng phân hủy.
900 C
BaCO3 
 CaO + CO2

O

Phân tử gam: 197,34 g/mol
Khối lượng riêng: 4,43 g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy: 8110C
3.2.2. Bari oxit (BaO)
BaO là một chất bột màu trắng, khó nóng chảy, phản ứng mãnh liệt với nước (tạo
dung dịch kiềm). Thể hiện tính bazơ, phản ứng với axit. Hấp thụ CO2 trong không khí.
Phân tử gam: 153,33 g/mol
Khối lượng riêng: 5,72 g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy: 19230C
SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 21


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

3.3. Một số hợp chất của Stronti (Sr)
3.3.1. Stronti cacbonat (SrCO3)
SrCO3 là chất có màu trắng, phân hủy khi nung trong không khí, không tan trong
nước, không phản ứng với kiềm. Dễ phân hủy, giải phóng khí CO2 ở 13400C.
Phân tử gam: 147,68 g/mol
Khối lượng riêng: 3,70 g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy: 14970C
3.3.2. Stronti oxit (SrO)
SrO là chất bột màu trắng, khó nóng chảy, bay hơi ở nhiệt độ cao, phản ứng với
nước tạo dung dịch kiềm. Thể hiện tính bazơ phản ứng với axit. Hấp thụ CO2 trong

không khí.
Phân tử gam: 103,62 g/mol
Khối lượng riêng: 5,02 g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy: 24300C
3.4. Một số hợp chất của Bo (Bo)
3.4.1. Axít Boric (H3BO3)
H3BO3 là một axit yếu, tồn tại ở dạng các tinh thể không màu hoặc bột màu trắng và
có thể hòa tan trong nước. Công thức hóa học có thể viết là B(OH)3.
Phân tử gam: 61,83 g/mol
Khối lượng riêng: 1,44 g/cm³
Nhiệt độ nóng chảy: 1700C
3.4.2. Bo oxit (B2O3)
Ôxít bo hay còn gọi là điboron triôxít là một chất rắn màu trắng hoặc không màu,
không mùi. Nhiệt độ nóng chảy không xác định, khoảng từ 3000C đến 7000C.
Phân tử gam: 69,64 g/mol
Khối lượng riêng: 2.460 kg.m-3
3.5. Sơ lƣợc về kim loại chuyển tiếp
Kim loại chuyển tiếp là kim loại mà nguyên tố tạo thành ít nhất một ion với quỹ đạo
(orbital) d được điền đầy một phần trừ kẽm và scandi, có cấu hình điện tử là
(0SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 22


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

Thông thường các quỹ đạo lớp trong được điền đầy trước các quỹ đạo lớp ngoài.

Các quỹ đạo s của những nguyên tố thuộc về khối quỹ đạo d lại có trạng thái năng
lượng thấp hơn là các lớp d. Nguyên tử có xu hướng đi đến trạng thái thấp nhất nên
các quỹ đạo s được điền trước. Có một số trường hợp ngoại lệ như crôm và đồng chỉ
có một điện tử ở quỹ đạo ngoài cùng, do điện tử đẩy nhau, chia các điện tử ra trong
quỹ đạo s và quỹ đạo d để dẫn đến trạng thái năng lượng thấp hơn là điền hai điện tử
vào quỹ đạo ngoài cùng ở các nguyên tử này.
Kim loại chuyển tiếp có 4 tính chất cơ bản: tạo hợp chất có màu; chất xúc tác tốt ;
có thể có nhiều trạng thái ôxi hóa khác nhau: do khi được kích thích có một số electron
ở phân lớp (n-1)d nhảy lên ns và np thành electron hóa trị ; Tạo phức chất: do có bán
kính ion và bán kính nguyên tử nhỏ nên dù có điện tích bé thì ion kim loại chuyển tiếp
cũng dễ dàng tạo phức. Mặt khác, các electron hóa trị d thuận lợi cho việc tạo liên kết
trong phức.
3.5.1. Lý thuyết về mangan (Mn)
Mn thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp chu kỳ 4 phân nhóm VIIB trong bảng hệ
thống tuần hoàn Mendeleev. Mn là kim loại màu trắng xám, cứng và rất giòn, khó
nóng chảy, nhưng lại bị ôxi hóa dễ dàng.
Cấu hình điện tử: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2
Khối lượng nguyên tử: 54,938 đvc
Khối lượng riêng: 7,44 g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy: 12450C
Độ âm điện: 1,55 eV.
Bán kính ion Mn2+: 91 pm
3.5.2. Lý thuyết về ion Mn2+
Mn2+ là trạng thái ôxi hóa ổn định nhất của Mn, nó có màu hồng nhạt.
Cấu hình điện tử của Mn2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5

SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 23

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn

Hình 11. Giản đồ Tanabe – Sugano cho cấu hình d5
Dựa vào giản đồ Tanabe và Sugano: Các mức 3d của ion Mn2+ cũng bị tách rất
mạnh trong trường tinh thể. Ion Mn2+ có phát xạ là một đám rộng, vị trí của nó phụ
thuộc mạnh vào mạng chủ. Phát xạ có thể thay đổi từ xanh lá cây đến đỏ xẫm tương
ứng với dịch chuyển 4T1→ 6A1. Trong trường tinh thể yếu thường cho phát xạ xanh,
trường tinh thể mạnh cho phát xạ da cam tới đỏ.

SVTH: Đỗ Thị Phúc

Trang 24