Орбитальный магнитный момент взаимодействие со спином

Спин-орбитальная связь. Спин-орбитальная связь, благодаря которой осуществляется взаимодействие между спиновым и орбитальным магнитными моментами, появляется в результате взаимодействия спинового магнитного момента электрона с магнитным полем, возникающим в результате орбитального движения электрона. Рассмотрим круговое дви кение электрона по орбитали с радиусом г вокруг ядра с зарядом г. В системе координат, связанной с электроном, вращается ядро со скоростью, равной скорости вращения электрона, но только в противоположном направлении. Такое вращение эквивалентно электрическому току 2вь, где о — вектор скорости. В точке расположения электрона возникает магнитное поле напряженностью [c.12]

Следует упомянуть о двух других эффектах, возникающих в чисто электростатическом кристаллическом поле. Оба они приводят к усложнению описанной нами простой картины. Первый эффект, называемый спин-орбитальным взаимодействием, относится к взаимодействию между магнитным моментом движущегося по орбите электрона (орбитальным магнитным моментом) и спином. При наличии одного электрона, как в приведенном выше примере иона Т1(П1) в комплексе [И(Н20)бР , спин-орбитальное взаимодействие снимает вырождение уровней t2g. Такое расщепление, однако, обычно мало, (исключение — тяжелые атомы) [35а]. Второй эффект известен под названием эффекта Яна — Теллера [168]. Эти авторы по- [c.305]

Если ядро имеет ненулевой спин, то существует взаимодействие между ядерным спиновым магнитным моментом, спиновым и орбитальным магнитным моментом электрона, которое ведет к так называемой сверхтонкой структуре атомных спектров. Полный уг-—> [c.93]

В сильных магнитных полях, когда величина Рм5 сравнима с энергией спин-орбитального взаимодействия, взаимодействие магнитного поля с орбитальным и спиновым магнитными моментами каждого электрона становится больше, чем взаимодействие спинового и орбитального магнитных моментов между собой. В этом случае связь Ь8 нарушается и энергия взаимодействия с магнитным полем подчиняется соотношению [c.83]

Если ядро имеет ненулевой спин, то существует взаимодействие между ядерным спиновым магнитным моментом, спиновым и орбитальным магнитным моментом электрона, которое ведет к так называемой сверхтонкой структуре атомных спектров. Полный угловой момент F атома есть сумма полного момента всех электронов J и спинового момента ядра Г. [c.84]

По классическим представлениям, взаимодействие внешнего магнитного поля со спиновым магнитным моментом электрона приводит к прецессии последнего вокруг направления внешнего магнитного поля. Через спин-орбитальное взаимодействие прецессирующий спиновый магнитный момент увлекает за собой орбитальный магнитный момент, индуцируя орбитальное движение в плоскости, перпендикулярной внешнему полю. Орбитальное движение вносит свой вклад в суммарный магнитный момент электрона, приводя к отклонению величины ё от да. При этом -фактор описывается следующим выражением [c.10]

Выше оператор спин-орбитального взаимодействия был записан в виде, включавшем спиновый магнитный момент электрона и орбитальные моменты электронов относительно различных точек пространства. Без сомнений, этими членами не исчерпываются все слагаемые этого оператора в него должны быть включены операторы, отвечающие взаимодействию спиновых магнитных моментов ядер с орбитальными магнитными моментами электронов и ядер. Однако, поскольку получаемые при этом выражения обратно пропорциональны массам частиц, фигурирующих в таких слагаемых, то соответ- [c.397]

Прямое взаимодействие ядерных спинов не обьясняет наблюдаемых эффектов спин-спиновой связи, так как быстрое молекулярное движение в жидкостях усредняет его до нуля. В действительности взаимодействие ядерных спинов в молекуле осуществляется через электронные оболочки. В основном эта связь обусловлена взаимодействием спина первого ядра с электронами по механизму так называемого контактного взаимодействия, впервые предложенного Ферми. Контактное взаимодействие, стремящееся ориентировать спины орбитальных электронов антипараллельно ядерному спину, возможно, только если электронная плотность вероятности на ядре значительна. В свою очередь частично ориентированные электроны влияют на магнитное поле вблизи второго ядра. Кроме того, взаимодействие магнитного поля ядра с орбитальным магнитным моментом электронов приводит к появлению тока валентных электронов. Существует также прямое диполь-дипольное взаимодействие ядерных и электронных спинов. [c.507]

Влияние кристаллического поля достаточно велико, для того чтобы разорвать взаимодействие между I и 5 при этом / уже не является хорошим квантовым числом. Расщепление уровней с разными гпь велико (т. е. орбитальное вырождение снято), и переходы в спектре ЭПР описываются правилом отбора Дт8= 1. К такому типу относятся металлы первого переходного периода. Как указано в приложении I, в данном случае нельзя вычислить магнитные моменты по уравнению (10-3), и их значения ближе к чисто спиновым [уравнение (1-1) приложения I с = 2. Выше мы видели, что при этом орбитальное вырождение не снимается полностью из-за влияния спин-орбитального взаимодействия и, следовательно, появляется результирующий орбитальный магнитный момент, соответствующий значению , отличному от значения для свободного электрона, которого можно было бы ожидать, если бы орбитальное вырождение было полностью снято, но более близкому к величине [c.365]

Запрет интеркомбинационных переходов основывается на предположении, что спиновый и орбитальный моменты валентных электронов не взаимодействуют между собой и квантуются раздельно. Приближенно это выполняется в легких атомах и молекулах, содержащих только такие атомы. При более строгом рассмотрении нельзя считать, что спиновый и орбитальный моменты электрона независимы друг от друга. Напротив, они магнитно взаимодействуют (электрон и ядро можно представить себе как движущиеся заряды, которые создают магнитное поле). Учитывая это, следует рассматривать не чистый спиновый момент электрона, а суммарный момент, отражающий такое взаимодействие. Чем больше заряд ядра, тем больше орбитальный магнитный момент электрона и тем сильнее спин-орбитальная связь соответственно ослабляется спиновый запрет, возрастает вероятность (интенсивность) интеркомбинационных переходов, например A2g- Eg или 5о->7 1. В тяжелых атомах и молекулах с тяжелыми атомами спин-орбитальная связь особенно значительна. [c.69]

В дополнение к орбитальной тонкой структуре, которую можно объяснить с помощью квантового числа I, экспериментально пока-г зано, что спектры щелочных металлов имеют дублетную структуру. Оказалось, что спектральные линии, которые когда-то считались единичными линиями, в действительности являются двумя очень близко расположенными друг к другу линиями. Объяснить это с помощью модели Бора — Зоммерфельда было невозможно. В 1925 г. Уленбек и Гаудсмит объяснили это явление тем, что электрон в дополнение к орбитальному движению имеет момент количества движения, обусловленный вращением его вокруг собственной оси, и этому вращению соответствует магнитный момент. Это приводит к новому квантовому числу, называемому спиновым квантовым числом Шв. Величина спинового момента количества движения равна 1/2 в единицах Н/2л. Положительные и отрицательные значения спина обусловлены его направлением. Например, если спин электрона направлен по часовой стрелке, то он взаимодействует с орбитальным магнитным моментом электрона и дает энергию, отличающуюся от энергии электрона, спин которого направлен против часовой стрелки. Разница в энергиях, обусловленная противоположным направлением спинов электронов,относительно мала, но все же достаточна для того, чтобы привести к наблюдаемой дублетной структуре. Однако имеется ряд серьезных трудностей, вытекающих из предположения о физически вращающемся электроне, но соответствие теории с практикой пока еще достаточно для того, чтобы сохранить теорию. [c.65]

Полные собственные функции системы двух электронов. Полная собственная функция электрона должна учитывать его спин. С достаточной степенью точности ее можно представить в виде произведения собственной функции обычных координат, которую иногда называют орбитальной функцией, или орбитой, и собственной функции спина. Орбитальная функция является собственной функцией оператора Гамильтона (оператора энергии). Последний мало зависит от магнитного взаимодействия между спиновым магнитным моментом и орбитальным магнитным моментом, и этим оправдывается представление полной собственной функции в виде произведения двух множителей. Так как собственной функции координат а, зависящей только от квантовых чисел п, I и от , соответствуют две возможных собственных спиновых функции а и р, то полной функцией может являться либо аа, либо ар. [c.64]

Магнитный момент, связанный с электронным спином, взаимодействует не только с орбитальным магнитным моментом, но также и с внешним полем. Энергия взаимодействия спина с внешним полем представляется выражением [c.256]

Заметное влияние на энергию терма оказывает спин-орбитальное взаимодействие. Как орбитальный, так и спиновый механические моменты С и S обусловливают наличие у атома соответствующих магнитных моментов и тем самым наличие суммарного магнитного момента атома. Движение электрона в атоме аналогично круговому электрическому току, который порождает магнитный момент. Орбитальным магнитным моментом обладают все атомы с Ь Ф О, а спиновым — с 8 Ф 0. Магнитные моменты, орбитальный и спиновый, взаимодействуют (спин - орбитальное взаимодействие), благодаря чему энергия атома отличается от той, которая была бы в отсутствие взаимодействия, соответствующие термы атома расщепляются на компоненты, различающиеся по энергии. Это расщепление можно описать, используя векторную схему. Вектор 5 ориентируется в поле вектора i по правилам квантования 25 + 1 способом. Векторы i и 5 образуют полный момент количества движения атома У = /, -Ь [c.40]

В дополненпе к орбитальной тонкой структуре, которую можно объяснить с помощью квантового числа /, экспериментально показано, что спектры щелочных металлов имеют дублетную структуру. Оказалось, что спектральные линии, которые когда-то считались единичными линиями, в действительности являются двумя очень близко расположенными друг к другу линиями. Объяснить это с помощью модели Бора — Зоммерфельда было невозможно. В 1925 г. Уленбек и Гаудсмит объяснили это явление тем, что электрон в дополнение к орбитальному движению имеет момент количества движения, обусловленный вращением его вокруг собственной оси, и этому вращению соответствует магнитный момент. Это приводит к новому квантовому числу, называемому спиновым квантовым числом т . Величина спинового момента количества движения равна 1/2 в единицах /г/2л. Положительные и отрицательные значения спина обусловлены его направлением. Например, если спин электрона направлен по часовой стрелке, то он взаимодействует с орбитальным магнитным моментом электрона и дает энергию, отличающуюся от энергии электрона, [c.68]

Полный орбитальный и спиновый моменты количества движения в атоме не независимы друг от друга, так как каждый из них сопряжен с собственным магнитным моментом. Взаимодействие магнитных полей, создаваемых этими моментами, называется спин-орбитальным взаимодействием. Оно обусловливает ряд тонких эффектов, связанных с дополнительным расщеплением атомных термов, и позволяет объяснить тонкую структуру атомных спектров, в частности дублетную структуру спектров щелочных металлов. Строгое рассмотрение спин-орбитального взаимодействия возможно при решении релятивистского уравнения Дирака. Однако полуклассический подход позволяет выявить наиболее важные детали этого эффекта. [c.70]

Переходные металлы группы железа имеют электроннуто конфигурацию общего вида 3(1 48. Электроны незаполненной 3 г/-оболочки, располагающейся близко к периферии атома, подвержены сильному влиянию электростатического по,ля окружающих ионов (кристаллическое поле). Поскольку энергия взаимодействия кристаллического поля с орбитальным магнитным моментом атома I существенно превыщает энергию спин-орбитального взаимодействия, орбитальный момент приобретает фиксированную пространственную ориентацию ("замораживается") и внешнее магнитное поле не изменяет его направление. Поскольку среднее значение проекции орбитального юмeнтa электронов на направление пом равно нулю, магнитный момент атома J определяется почти полностью его спиновым магнитным, юментом 5, так что суммарный магнитный момент атома Зi -мeтaллoв будет 7=5. [c.22]

Поскольку ядерный магнитный момент примерно в 10 раз меньше орбитального магнитного момента электрона, то расщепление уровней, обусловленное магнитным моментом ядра, будет примерно в 10 раз меньше расщепления, вызываемого спин-орбитальным взаимодействием (тонкая структура). В связи с этим расщепление уровней энергии, обусловленное магнитным моментом ядра, называют сверхтонким расщеплением. Измерение сверхтонкого расщепления энергетичес1 их уровней атома является одним из методов измерения спинов и магнитных моментов атомных ядер. [c.314]

Расщепление уровней в триплетных состояниях вызывается взаимодействием между спиновым и орбитальным магнитными моментами (спин-орбитальное взаимодействие и магнитным взаимодействием спинов обоих электронов. В триплетных состояниях (1 ) (25)1 и других состояниях без орбитального момента расщепление отсутствует, так как нет выделенных направлений в атоме. В состоянии (15) (2р) и других состояниях с орбитальным моментом пЪявляется выделенное направление (направление углового момента), поэтому спиновые состояния, отличающиеся проекцией спина на это направление, будут отличаться [c.346]

В сильных электрических полях низкой симметрии происходит частичное снятие орбитального вырождения. Остальное вырождение снимается за счет взаимодействия орбитального магнитного момента и СПИ1ЮВ0Г0. Это так называемое спин-орбитальное взаимодействие можно рассматривать как поле более низкой, а именно, осевой симметрии, создаваемое спином. Каждый из орбитальных уровней дважды вырожден по спину. Это вырождение снимается внешним полем. [c.20]

Спектры ЭПР-поглощения соединений переходных металлов более трудны для интерпретации, чем спектры радикалов, так как для переходных металлов нужно учитывать также орбитальные магнитные моменты. Однако эти спектры могут дать очень много ценной информации относительно тонких деталей уровней энергии. Сверхтонкая структура, обусловленная ядерными спинами, дает возможность судить о том, как распределены неспаренные электроны. Измерения часто проводятся на магнитно-разбавленных кристаллах. Это означает, что парамагнитные ионы включены в небольших количествах в сходную кристаллическую решетку из диамагнитных ионов. Таким образом, можно свести к минимуму возмущающее влияние соседних ионов. Так, например, кристалл Ыа2Р1С1е 6Н2О, содержащий 0,5% 1гС1б , дает пик, отнесенный к единственному неспаренному -электрону иридия. Этот пик имеет сверхтонкую структуру, которую можно объяснить только взаимодействием с ядерными спинами окружающих атомов хлора. Количественная интерпретация показывает, что электрон проводит 70% времени около иридия и 5% времени около каждого из хлоров (см. стр. 169). [c.364]

ПервыЗ путь — использование явления, обнаруженного Стевен-сом [215] и Оуэном [216]. Оно состоит в том, что орбитальный магнитный момент непарного -электрона восстанавливается, если магнитный электрон распространяется по орбитам всей молекулы. Второй путь — это наблюдение сверхтонкой структуры в спектрах ЭПР оно позволяет оценить волновые функции магнитных электронов. Найденная Гриффитом и др. [217] аномальная сверхтонкая структура, обусловленная взаимодействием типа А1 3 электронного спина с ядерным (в спектре 1гС1 ), также может быть использована для оценки а и р. [c.256]

Неспаренный электрон в магнитном поле в дополнение к спиновому угловому моменту обладает также небольшим орбитальным угловым моментом. Взаимодействие между этими моментами, называемое спин-орбитальным взаимодействием, приводит к тому, что этот электрон имеет эффективный магнитный момент, несколько отличающийся от момента свободного электрона, и соответственно изменяются условия резонанса. Поэтому при данной частоте радикалы с различными -факторами будут поглощать СВЧ-энергию при различной напряженности поля. Разница в -факто-рах свободного электрона и радикала до некоторой степени аналогична химическому сдвигу в спектрах ЯМР. Эти различия мaJfы, но весьма существенны для установления структуры радикала. Ниже в качестве примера приведены значения -факторов некоторых органических радикалов [6, с. 47] [c.12]

Для ионов, у которых можно ожидать больших вкладов в магнитные моменты от спин-орбитального взаимодействия, Фид-жис и Льюис приводят графики зависимости ожидаемого момента Цэфф от температуры для разных конфигураций. Отклонения наблюдаемых моментов от предсказанных (по графикам Фиджиса и Льюиса) могут использоваться как указания на отклонения структур комплексов от идеальной симметрии Он или Та. [c.421]

Пользуясь теорией неадиабатических реакций, изложенной в гл. III, и принимая во внимание форму кривых потенциальной энергии в точке их пересечения, нетрудно видеть, что расстояние между верхней и нижней поверхностями, соответствующее значению х= 10 , должно составлять около 5 кал1моль. Из большого числа возможных типов взаимодействия, которые могут обусловливать резонансную энергию е такой величины, только два представляются вероятными 1) взаимодействие электронного спина кислорода с его орбитальным магнитным моментом и 2) взаимодействие спинов электронов в атоме кислорода. Однако исследование вопроса показывает, что ни в одном из этих случаев получающиеся значения резонансной энергии не могут объяснить приведенного выше значения трансмиссионного коэфициента. [c.327]

Так, например, синглет-триплетные переходы в олефинах обычно имеют бмакс "С 1- То, что запрещенные по спину переходы удается иногда наблюдать, объясняется существованием спин-орбиталъного взаимодействия. Спин-орбитальное взаимодействие представляет собой взаимодействие между спиновым магнитным моментом электрона и его орбитальным магнитным моментом. Это взаимодействие дает вклад в оператор Гамильтона, действующий как на спиновые, так и на пространственные переменные. Под действием оператора спин-орбитального взаимодействия волновые функции, являющиеся в нулевом приближении чистыми синглетами и триплетами, слегка смешиваются. Эти новые волновые функции смешанной мультиплетности приводят к возможности синглет-триплетных переходов, так как триплетные состояния уже не представляют собой чистых триплетов, а имеют небольшой вклад синглета. Так, смешанная волновая функция триплета представляет собой [c.206]

В только что приведенных рассуждениях принималось, что орбитальное движение и спин ориентируются по отношению к направлению магнитного поля независимо друг от друга. Это оказывается справедливым, если магнитное поле достаточно сильно. В слабом магнитном поле спин обыкновенно ориентируется магнитным полем, образуемым орбитальным движением электрона, а затем спин-орбитальная комбинация ориентируется внешним полем. В атоме с несколькими электронами орбиты обычно ориентируются, в первую очередь, по отношению друг к другу и дают равнодействующий орбитальный магнитный момент. Подобным же образом образуется и равнодействующий спин-момент, ориентированный равнодействующим магнитным полем, возникающим в результате орбитального движения, а все в целом, наконец, ориентируется по отношению к внешнему полю. Это правило, известное под названием сочетания Рессэла-Саундерса, являгтся приближенным описанием истинных магнитных взаимодействий во многих атомах, хорошо объясняющим особенности их спектров. Для наших целей наибольший интерес представляет число состояний, обладающих близкими по величине энергиями, которое может быть найдено без знания деталей взаимодействия между различнььми орбитальными движениями и спинами в сложном атоме. [c.87]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология