Результирующий механический момент атома

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

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).

.

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.

Дата добавления: 2014-11-29; Просмотров: 1305; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!