Особливості тонкої структури атомних спектрів
Лужних металів
Таблиця 9.3. Терми Na | |||
n | l | j | терм |
3 | 0 | 1/2 | 32S1/2 |
1 | 1/2 | 32P1/2 | |
3/2 | 32P3/2 | ||
2 | 3/2 | 32D3/2 | |
5/2 | 32D5/2 | ||
4 | 0 | 1/2 | 42S1/2 |
1 | 1/2 | 42P1/2 | |
3/2 | 42P3/2 | ||
2 | 3/2 | 42D3/2 | |
5/2 | 42D5/2 | ||
3 | 5/2 | 42F5/2 | |
7/2 | 42F7/2 |
Розглянемо терми валентного електрона атомів лужних металів на прикладі атома Na з атомним номером . Його валентний електрон знаходиться в не збудженому стані на енергетичному рівні з головним квантовим числом . Декілька його термів
наведені в таблиці 9.3, де для їх характеристик використані стандартні позначення термів. Терми натрію мають бути дублетними, тому що , мультиплетність термів дорівнює Між енергетичними рівнями можуть мати місце спонтанні переходи, якщо виконуються правила відбору. Застосування правила відбору для дипольних переходів дозволило отримати такі спектральні серії (рис.9.7).
Рис.9.7. Схема термів і переходів між ними для атомів . |
Головна серія (principal)
.
лінії цієї серії дублети, в яких .
Друга побічна серія( sharp )
,
,
різниця хвильових чисел дублетів цієї серії не залежить від квантового числа .
Дифузна серія (diffusion) або перша побічна
|
|
лінії цієї серії - триплети, у яких не залежить від квантового числа , а . Крім цих серій є ще фундаментальна серія ( рис. 9.7)
Таким чином, ми встановили мультиплетну структуру ліній основних серій спектрів атомів лужних металів і якісно вказали на залежність величини розщеплення лінії від головного квантового числа. Все це дає підставу стверджувати, що причиною виникнення тонкої структури термів і спектральних ліній атомних спектрів лужних металів є спін-орбітальна взаємодія. Під час розгляду складних багатоелектронних атомів потрібно враховувати обертальну складову енергії . Їх вплив призводить до появи залежності Е не тільки від n, але й від квантового числа , тому можуть мати місце випадки, коли . Цей ефект збільшується пропорційно . Рівняння Шредінґера не дає кількісних величин розщеплення термів, бо воно не релятивістське, а в основі спін-орбітальної взаємодії лежить релятивістська магнітна взаємодія спінового і орбітального магнітних моментів. Для врахування магнітної взаємодії потрібно знайти нове фундаментальне рівняння, яке повинно бути інваріантним по відношенню до перетворень Лоренца. Таке рівняння було запропоновано нобелівським лауреатом Полем Діраком.
|
|
Розв’язок цього рівняння для найпростішого атома водню з урахуванням спін-орбітальної взаємодії дало величину енергії розщеплення термів, значення якої досить добре збігається з експериментальним. Воно виявилось прямо пропорційним квадрату сталої тонкої структури і квадрату атомного номера , та значенню
(9.32)
або точніше
(9.33)
де - стала тонкої структури, а - енергія стаціонарного стану без врахування спін-орбітальної взаємодії. З формули (9.33) видно, що величина спін-орбітального розщеплення залежить лише від двох квантових чисел і і не залежить для атома водню від орбітального квантового числа . Тому у атома водню зберігається виродження за орбітальним квантовим числом . При переході від атома водню до атомів лужних металів з одним валентним електроном виродження за числом знімається, а величина розщеплення збільшується в разів. Тому тонка структура спектрів, причиною виникнення якої є спін-орбітальна взаємодія, значно легше спостерігається в атомних спектрах лужних металів, ніж у атомному спектрі водню. Для спостереження за тонкою структурою спектрів атомів водню необхідно мати спектрограф з дуже великою роздільною здатністю такою, щоб . Така тонка структура дійсно була знайдена і збільшувалось із збільшенням .
|
|
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 399; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!