Результирующий механический момент атома - раздел Ядерная техника, В данной теме мы начнем изучение квантовых закономерностей явлений природы В Многоэлектронных Атомах Все Орбитальные И Спиновые Моменты Электронов Склад...
В многоэлектронных атомах все орбитальные и спиновые моменты электронов складываются в единый угловой момент атома. Конечно результирующий момент от порядка слагаемых не зависит, но, тем не менее, в реальных атомах возникает определенное предпочтение к тому или иному сложения угловых моментов. Так в легких и не очень тяжелых атомах орбитальные моменты взаимодействуют сильнее, чем взаимодействуют спиновый и орбитальный моменты одного электрона, и поэтому образуют единый результирующий момент орбитального движения
,
величина которого определяется квантовым числом
.
Квантовые числа являются целыми числами, поэтому и число принимает только целые значения.
Соответственно складываются и спиновые моменты
,
величина которого определяется квантовым числом
.
Состояние электронной оболочки атома характеризуется не только суммарными моментами и , но и полным моментом импульса
с квантовым числом
.
Квантовые числа имеют смысл наибольших значений квантовых чисел проекций соответствующих моментов
,
,
.
Такой вид связи угловых моментов встречается чаще всего и называется нормальной связью (- связью, связью Рёссель-Саундерса)
Квантовое число результирующего спинового момента атома может быть целым или полуцелым в зависимости от того, каким является число электронов в атоме – четным или нечетным. Например, при может принимать значения 2, 1, 0. При возможными значениями будут .
При данных и квантовое число принимает значения
.
Следовательно, будет целым при четном числе электронов и полуцелым – при нечетном числе электронов.
Для полностью заполненных внутренних оболочек, как спиновые моменты, так и орбитальные полностью скомпенсированы, т.е. равны нулю. поэтому состояние атома характеризуется только состоянием валентных оболочек.
В спектроскопии состояние наружных оболочек электронов характеризуется квантовым числом , причем вместо численного значения используются буквенные обозначения . Справа внизу у буквы указывается число , а слева вверху указывается число , называемое мультиплетностью уровня (состояния). По этому числу можно определить не только спиновое число, но и число подуровней на которое расщепляется данный уровень из-за спин-орбитального взаимодействия при . При , фактическая мультиплетность равна . Однако символ терма пишут в прежнем виде, иначе он не содержал бы информацию о значении квантового числа .
Например, когда наружная оболочка атома состоит из двух электронов, то возможны два случая: 1) спины электронов направлены противоположно, поэтому ; 2) спины электронов параллельны, тогда .
В первом случае , , т.е. все уровни синглетны. соответственно различным значениям получаются следующие состояния
Во втором случае , т.е. все уровни триплетны, за исключением уровней S, которые всегда синглетны. Здесь возможны три случая: , , . В соответствии с этим получается таблица
Энергия атома зависит от взаимной ориентации орбитальных моментов отдельных электронов (от квантового числа ), от взаимной ориентации спиновых моментов (от квантового числа S) и от взаимной ориентации и (от квантового числа J).
Спин-орбитальное взаимодействие проявляет себя не только в атоме водорода, но и во всех атомах такое взаимодействие приводит к расщеплению уровней на мультиплеты. В качестве примера рассмотрим тонкую структуру энергетических уровней щелочных металлов на примере .
Тонкая структура термов щелочных металлов и сходных с ними ионов обусловлена в основном спин-орбитальным взаимодействием, а не зависимостью массы от скорости.
Картина тонкого расщепления термов в щелочных металлах выглядит проще, чем у водорода. У водорода она осложнена вырождением по .
В щелочных металлах вырождение энергетических уровней снято из-за отличия электрического поля, создаваемого остовом, от кулоновского. Поэтому энергия термов с различными значениями орбитального числа не одинакова.
Тонкая структура термов обусловливает тонкую структуру спектральных линий. Правила отбора при излучении и поглощении света требуют, чтобы квантовое число полного углового момента либо не изменилось, либо изменилось на единицу
.
Для орбитального числа
, за исключением ситуации, когда орбитальное число одного из состояний равно нулю. Значение невозможно так же для атомов с одним валентным электроном (например, для водорода и щелочных металлов).
Излучение фотона происходит либо в результате изменения движения заряда (изменение ), либо в результате поворота спинового момента, либо в результате обоих этих процессов сразу. Излучение, вызванное поворотом спина, конечно, - существенно релятивистский эффект. Поскольку в оптическом диапазоне взаимодействие фотона с зарядом электрона на несколько порядков сильнее его взаимодействия с магнитным моментом, то можно считать, что излучение фотона в этом диапазоне не связано с изменением
.
Главная серия спектральных линий возникает в результате переходов на наиболее глубокий уровень со всех выше лежащих - уровней. уровень синглет, а уровни – дублеты. Поэтому спектральные линии главной серии получаются двойными – дублетами. Разность частот в дублете уменьшается при увеличении частоты спектральных линий. Главная серия возникает и в спектрах поглощения, так как в нормальном состоянии атомы находятся на наиболее низком уровне, т.е. на уровне .
Линии резкой серии также являются дублетами.. они возникают при переходе с одиночных S-уровней на двойной 3p- уровень. Разность частот для всех переходов одинакова. Сами линии являются резкими линиями.
Диффузная серия возникает при переходах на двойной () уровень с вышележащих также двойных D-уровней. Ее спектральные линии являются триплетами. Разность энергий D-уровней значительно меньше разности энергий P-уровней. По этой причине при недостаточной разрешающей силе спектральных приборов компоненты триплета не разрешаются, а сами линии получаются размытыми. Поэтому данная серия получила название диффузной.
Введение... В конце ХIX в даже у крупных ученых сложилось представление что в физике уже... Решение первой из указанных проблем привело к созданию Эйнштейном теории относительности а решение второй проблемы...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Результирующий механический момент атома
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Равновесное тепловое излучение
1. В проблеме теплового излучения большое значение имеет понятие равновесного излучения. Чтобы представить, что это такое, рассмотрим замкнутую полость с неподвижными и непрозрачным
Формула Релея-Джинса
Чтобы определить число нормальных мод с частотами в интервале от до
Понятие вероятности. Средние значения случайных величин
1. Большинство физических величин изменяется хаотически, т.е. являются случайными величинами. Различают дискретные и непрерывные случайные величины. Дискретная величина принимает ст
Понятие о квантах. Средняя энергия осциллятора. Фотоны
1. Формирование электромагнитного поля равновесного излучения является случайным процессом, так как случайны процессы испускания света телами. Поэтому энергия любого нормального кол
Модели атома Томсона и Резерфорда
1. Согласно классическим представлениям атом мог бы испускать монохроматическую волну в том случае, когда электрон в атоме совершает гармонические колебания и следовательно, удерживается около поло
Столкновение заряженных частиц
В опытах Резерфорда применялись очень тонкие металлические фольги с толщиной порядка . Это и позволяло не учит
Формула Резерфорда и ее экспериментальная проверка
Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, являлась гипотезой и требовала экспериментальной проверки. Для этого Резерфорду пришлось детально проанализировать процесс рассеяния
Спектры излучения атомов.
1. С появлением первых спектральных приборов началось изучение спектров излучения и поглощения различных тел. К началу ХХ в. Было известно, что раскаленные тела излучают сплошной спектр, в котором
Постулаты Бора
Неустойчивость планетарной модели атома по Резерфорду и закономерности атомных спектров, в частности их дискре
Опыты Франка и Герца
Идея Бора о стационарных состояниях атомов получила экспериментальное подтверждение в том же 1913г. в опытах Джеймса Франка и Густава Герца.
Опыты Франка и Герца начались до появления теор
Гипотеза де-Бройля. Волны де Бройля.
1. В 1923 году французский физик Луи де Бройль предположил, что корпускулярно-волновой двойственностью должны обладать не только фотоны, но и частицы вещества. Экспериментальное подтверждение этой
Особенности поведения микрочастиц
Многочисленные эксперименты показали, что электроны, атомы, молекулы и другие частицы обладают волновыми свойствами. При этом они сохраняют свои корпускулярные свойства. Объекты, обладающие корпуск
Соотношения неопределенностей
1. Отсутствие траектории у микрочастицы указывает на то, что описывать ее состояние столь же подробно как для материальной точки нельзя.
Действительно, задание координат и импульса материа
Дифракция микрочастиц на щели
Причиной существования квантовых неопределенностей и соотношений Гейзенберга являются волновые свойства микрочастиц.
Пусть движение электрона описывается плоской волной де Бройля. Электрон
Минимальная энергия и размеры атома
Принцип неопределенности является одним из основных законов квантовой физики. Из принципа неопределенности вытекает ряд важных следствий. В частности состояние покоя для микрочастицы, движущейся в
Временное уравнение Шредингера
1. Плоская волна де Бройля
соответствует равномерному свободному движению частицы в определ
Стационарные состояния. Свойства волновых функций
Особое значение в квантовой механике имеют стационарные состояния. Это такие состояния, в которых все наблюдаемые физические параметры не меняются с течением времени. Сама волновая функция принципи
Потенциальный барьер. Решение стационарного уравнения
1. Рассмотрим рассеяние микрочастиц на преграде, испускаемых источником, удаленным на большое расстояние от нее. Силовое воздействие на микрочастицу определяется потенциальной энергией взаимодейств
Коэффициенты отражения и пропускания ступенчатого барьера
На опыте измеряются не амплитудные коэффициенты прошедшей и от-раженной волн, а коэффициенты отражения и пропускания для частиц, которые связаны с амплитудными коэффициентами вероятностными соотнош
Туннельный эффект
1. Теперь рассмотрим барьер конечной ширины (рис. 2). В этом случае в первой области будут существовать падаю
Система двух взаимодействующих частиц
При классическом рассмотрении движение системы из двух частиц сводится к движению двух квазичастиц, одна из которых с массой
Модель гармонического осциллятора
Зависимость энергии взаимодействия двух атомов от расстояния между ними показана на рис. . При некотором расстоянии
Момент импульса
1. Согласно классическому определению моментом импульса частицы относительно начала координат О называ
Проекции момента импульса
Выбрав за ось некоторое произвольное направление в пространстве, определим собственные функции и собственные
Координатах
1. Если силы, действующие на частицу в разных точках пространства, направлены вдоль прямых, проходящих через одну и ту же точку, называемую центром, и зависят только от расстояния до него
Сложение угловых моментов
1. Понятие углового момента можно распространить и на системы частиц. Для этого рассмотрим простейшую изолированную систему из двух невзаимодействующих микрочастиц: 1 и 2.
Оператором углов
Атома водорода.
В 1921 году Штерном и Герлахом был поставлен прямой опыт по обнаружению квантования магнитного момента атомов. В вакуумной камере устанавливался электромагнит со специальной формой наконечников, чт
Принцип Паули
1. Сочетание волновых и корпускулярных свойств у микрочастиц приводит к отличиям в поведении не только одиночных микрочастиц, но и в поведении коллективов частиц. Эти отличия касаются только систем
Особенности периодической системы элементов
Располагая химические элементы в порядке возрастания атомного веса, Менделееву пришлось отступить от этого исходного принципа и переставить места некоторых элементов, придавая большее значение пери
Спин-орбитальное взаимодействие
Основное взаимодействие электрона с ядром атома есть электростатическое взаимодействие их зарядов. Но так как электрон движется вокруг ядра, то возникает дополнительное взаимодействие, обусловленно
Энергетические уровни и спектральные серии щелочных металлов
В атомах щелочных металлов электронная оболочка содержит один наружный (валентный) электрон, сравнительно слабо связанный с ядром атома. Переходы между энергетическими уровнями валентного электрона
Магнитный момент атома
С механическим моментом связан магнитный момент. Для орбитального момента
,
Сложный эффект Зеемана
Рассмотрим сначала сложный эффект Зеемана, т.е расщепление спектральных линий в слабом магнитном поле.
При наложении слабого магнитного поля появляется дополнительная энергия взаимодействи
Простой эффект Зеемана
В сильных магнитных полях воздействие на атом становится сравнимым или больше спин-орбитального взаимодействия. В этом случае уже нельзя рассматривать поведение каждой компоненты мультиплета тонкой
Приближенная количественная теория атома гелия
Задача о движении двух электронов в поле ядра аналогична задаче о движении двух планет в гравитационном поле Солнца. В небесной механике разработаны достаточно точные приближенные методы расчета дв
,
.
являются целыми числами, поэтому и число 
,
.
и 
, но и полным моментом импульса
.
имеют смысл наибольших значений квантовых чисел проекций соответствующих моментов
,
,
.
- связью, связью Рёссель-Саундерса)
возможными значениями будут 
.
.
. Справа внизу у буквы указывается число 
, называемое мультиплетностью уровня (состояния). По этому числу можно определить не только спиновое число, но и число подуровней на которое расщепляется данный уровень из-за спин-орбитального взаимодействия при 
. При 
, фактическая мультиплетность равна 
. Однако символ терма пишут в прежнем виде, иначе он не содержал бы информацию о значении квантового числа 
; 2) спины электронов параллельны, тогда 
.
В первом случае 
, 
, т.е. все уровни синглетны. соответственно различным значениям 
, т.е. все уровни триплетны, за исключением уровней S, которые всегда синглетны. Здесь возможны три случая: 
, 
. В соответствии с этим получается таблица
.
.
.
, за исключением ситуации, когда орбитальное число одного из состояний равно нулю. Значение 
невозможно так же для атомов с одним валентным электроном (например, для водорода и щелочных металлов).
.
со всех выше лежащих 
- уровней. уровень 
) уровень с вышележащих также двойных D-уровней. Ее спектральные линии являются триплетами. Разность энергий D-уровней значительно меньше разности энергий P-уровней. По этой причине при недостаточной разрешающей силе спектральных приборов компоненты триплета не разрешаются, а сами линии получаются размытыми. Поэтому данная серия получила название диффузной.
Новости и инфо для студентов