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基本信息
| 中文名 | |
| 外文名 | heavy element |
特點
重元素體系的相對論效應
重元素體系的一個重要研究要點是相對論效應的影響，這是因為重元素原子中內殼層的電子的運動速度大大提高，以致接近光速，所以其電子的相對論效應比較顯著。另外由于級聯(lián)效應會將相對論效應的影響傳導至運動速度較低的價電子。一般來講，原子分子中相對論效應分為直接相對論效應和間接相對論效應。前者包括電子自旋磁矩與軌道磁矩的藕合作用（即旋-軌藕合作用，spin-orbit coupling）以及電子在原子核附近高速運動而引起的s和p軌道在空間上的收縮和能量上的降低。需要指出的是，價層s和p軌道的收縮也是直接相對論效應，而不是由于這些軌道要與內層軌道正交而引起的。因為s和p價電子會穿透到原子核附近。另一方面，所謂間接相對論效應是指收縮的內層軌道對原子核構成更好的屏蔽，從而導致外層的d和f軌道在空間上延展和能量上升高。長期以來，人們普遍認為價電子的相對論效應可以忽略，因為內層電子對核有顯著的屏蔽作用，從而使得價電子的運動速度遠小于光速。然而，隨著實驗技術和理論方法的發(fā)展，人們逐漸認識到重原子和含重元素的分子的相對論效應實際上相當重要。
重元素體系的相對論效應研究方法
研究重元素體系的相對論效應的理論基礎是Dirac方程，理論工具是相對論量子化學計算。根據對Dirac哈密頓量的近似程度的不同，相對論量子化學方法分為四分量，二分量和單分量（標量）相對論方法。對于相對論量子化學計算的研究，歐洲各國歷來相當重視。20世紀80年代中期之后約15年的時間里，以德國為首的歐洲各國在強大的經費支持下，對相對論量子化學進行了深入系統(tǒng)的研究，在理論方法、程序以及應用等方面都取得很大進展、并極大地影響了理論與計算化學的各個方面。阿姆斯特丹密度泛函（ADF）軟件就是在這樣的歷史背景下發(fā)展起來的一款成熟的商業(yè)軟件，它支持標量和二分量相對論量子化學計算。與其他量子化學軟件相比，在處理過渡金屬體系和重元素化合物的時候有著獨特的優(yōu)勢。重元素體系的相對論效應的實驗研究要落后于理論研究。在實驗上，研究相對論效應主要有光電子能譜（Photoelectron Spectroscopy, PES）、核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）和康普頓散射（Compton scattering）等方法。其中PES通過測量光電子能譜的自旋一軌道劈裂能，以及測量自旋一軌道劈裂組分的分支比隨光子能量的關系等來研究相對論效應，而NMR和康普頓散射主要通過測量相對屏蔽常數、康普頓輪廓等來探究相對論效應。 EMS由于可以獲得分立軌道動量空間徑向電子密度分布，所以在研究原子分子電子結構方面具有獨特的優(yōu)勢。最先將EMS應用于相對論效應的研究的是Cook等人。 1984年，他們利用電子動量譜學方法研究了相對論效應對原子的電子波函數的影響。
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