Механичен момент на многоелектронен атом
АТОМ В МАГНИТНО ПОЛЕ.
ИЗСЛЕДВАНЕ НА ЕФЕКТА НА ZEEMAN.
Цел на работата: запознаване с теоретичните основи на ефекта на Земан, изследване на разделянето на спектралните линии в магнитно поле, определяне на специфичния заряд на електрон с помощта на спектрограми, придобиване на умения за работа с автоматизирана система за събиране и обработка на информация.
Теоретично описание.
Общ ъглов момент на електрон.
Електронна конфигурация на атомите, дадени от квантови числа и л, ви позволява да разберете периодичната система от елементи и да установите основните закони на оптичните спектри. Фината структура на спектрите зависи от магнитните ефекти, свързани с ъгловия момент на електрона. Преди да разгледаме тези ефекти, нека отбележим как се определя общият ъглов момент на изолиран (единичен) електрон.
Орбитален ъглов момент L и въртящ момент С се добавят според правилото за добавяне на вектори при общия ъглов момент на електрон:
Проекцията на общия момент върху избраната посока (най-често се взема проекцията върху посоката на силовите линии на полето) може да вземе дискретна стойност:
Където, мл Е магнитното квантово число на орбиталния импулс, ms = ±с - магнитно спиново квантово число, - спин на електрон.
Общият ъглов момент на електрон се квантува по обичайния начин:
където квантовото число j (понякога наричан вътрешен квантов номер на общия ъглов момент) е равен на максималната стойност mj.
Защото л има максимална стойност мл, тогава:
(1.2а)
освен това, както следва от формула (1.2a), j може да приема неотрицателни цели числа или полуцели стойности.
При дадена стойност j може би 2j + 1 квантови състояния, различаващи се по стойността на квантовото число mjосвен това:
Например, съгласно (1.3), в случая л = 0 е възможна само една стойност j = 1/2. Кога л = 1 имаме j = 1/2, 3/2, за l = 2 имаме j = 3/2, 5/2. Стойността в определено състояние се характеризира с индекс при буквено обозначение на орбиталния импулс, написан по същия начин като за отделни електрони, но с главни букви: С, P, D, F, G, H. И така, държавата с л = 1 и j = 3/2 се означава като P3/2държава с л = 1 и j = 1/2 - като P1/2.
Нека запишем собствените стойности на ъгловите импулси (орбитални, спинови и общи) и тяхната проекция върху оста Z, известни от курса по квантова физика, в една таблица 1:
Механичен момент на многоелектронен атом.
Нека сега разширим представената по-горе концепция за общия ъглов момент J един електрон за случая на много електрони (както е в сложния атом). Нека въведем следните нови обозначения:
- общия орбитален импулс на системата от електрони в атома;
- общ въртящ момент на система от електрони в атом.
Както показва изчислението (което пропускаме), общ орбитален импулс система се определя от израза:
Където L Е орбиталното квантово число на получения ъглов момент. В случай на система от две частици с орбитални ъглови импулси l1и l2 квантово число L - цяло, положително - може да има следните значения:
Оттук следва, че L (и следователно полученият момент) може да има 2l1 + 1 или 2l2+ 1 различни стойности (трябва да вземете по-малко на две стойности л). Това е лесно да се провери; например за l1= 2 l2 = 3 получаваме 2 ∙ 2 + 1 = 5 различни стойности L: 5, 4, 2, 1.