Атом энергия в магнитном поле

Таким образом, теперь ясно видна необходимость использования трех квантовых чисел для описания энергии электрона. Каждое новое квантовое число вводилось для удовлетворения требований эксперимента. Однако даже с этими тремя квантовыми числами невозможно было полностью объяснить линейчатые спектры. Например, действие слабого магнитного поля приводит к так называемому аномальному эффекту Зеемана, который нельзя было понять на основе модели Бора — Зоммерфельда. Кроме того, у атома Бора и его вариантов было множество других недостатков. Одним из них, и, по-видимому, наиболее существенным, была невозможность применения теории Бора к более сложным атомам. Приложение ее к спектру даже такого простого атома, как атом гелия, приводило к полной неудаче, и все попытки понять основы периодической системы в рамках модели Бора были безуспешны. Это показывает, что все вышеизложенное верно только для одноэлектронной системы. Такое ограничение не имеет смысла, и поэтому очевидна необходимость найти что-то лучшее. [c.37]

T. e. уровень является n-кратно вырожденным относительно орбитального (азимутального) квантового числа I. Как следует из (6.9), при данных nul для электрона возможно 21 4- I состояний, одинаковых по энергии, но с различными значениями квантового числа W.I (21 + 1 -кратное вырождение относительно т ). При воздействии на атом внешнего магнитного поля возникает так называемое пространственное квантование, проекция углового момента I на ось поля г принимает, согласно (6.6), всего 21 + 1 значений (рис. 2). Каждому положению / отвечает своя энергия, поскольку к энергии Е [c.27]

Как сказано выше, в атоме водорода энергия электрона определяется только главным числом п. Она не зависит от других квантовых чисел, которые определяют различные возможные состояния электрона с одинаковой энергией. Такие состояния называются вырожденными. Однако когда атом водорода попадает в электрическое или магнитное поле, то электрон с различными I, т и з различно подвергается действию этого внешнего поля, и энергия электрона в разных состояниях будет неодинаковой (вырождение снимается). Таким образом объясняется расщепление спектральных линий при попадании излуча [c.66]

Частоту V атомы поглощают (или пропускают) избирательно если поместить атом в магнитное поле Яо и перпендикулярно ему создать переменное магнитное поле Н, то как только частота этого поля-станет равной частоте V, т. е. резонансной частоте, будет наблюдаться интенсивное поглощение энергии. Это значит, что поле Н1 вызывает переход ядерных магнитов на более высокий энергетический уровень. Обратные переходы совершаются самопроизвольно и энергия постепенно рассеивается, но пока действует поле Нх число ядер на верхнем уровне будет больше, чем в отсутствие поля. Поле таким образом повышает заселенность высших уровней. [c.137]

В отсутствие внешних электрических и магнитных полей энергия не зависит от ориентации спина. В скоплении большого числа ато- [c.43]

В спектроскопических методах аналитический сигнал возникает при поглощении или испускании квантов электромагнитного излучения — фотонов. Это возможно, если атом, молекула или ион имеет энергетические уровни, разница между которыми равна энергии фотона. Аналитический сигнал тогда появляется вследствие перемещения электронов с одного уровня на другой, изменения колебательной и вращательной энергии молекулы, изменения энергии при различной ориентации магнитных диполей данной частицы в магнитном поле. [c.19]

Три квантовых числа л, /, 5 определяют энергию любого-уровня. Но если поместить атом в магнитное поле, то возникают новые уровни, [c.34]

Наинизшая по энергии конфигурация атома углерода — 15 25 2 . Как будет видно далее, она допускает 15 разных способов размещения электронов по трем 2/7-орбиталям. Они группируются в пять различных атомных состояний, степень вырождения которых показана в таблице. Вырождение будет снято, если атом поместить в магнитное поле (зеемановское расщепление уровней). Первая возбужденная конфигурация получается [c.244]

В дополнение к расщеплению уровней энергии, о котором уже было сказано, может произойти дальнейшее расщепление уровней, если на атом будет действовать внешнее магнитное поле. При этом условии энергетический уровень, характеризующийся квантовым числом полного углового момента /, распадается на 21 + 1 подуровней, соответствующих числу значений, которые может иметь магнитное число М, а именно — /....0.... + /. [c.182]

Состояние электрона, описываемое побочным квантовым числом I, квантовано в пространстве. Для каждого значения I имеется 2/ 1 энергетически эквивалентных пространственных конфигураций орбиталей, которые описываются магнитным квантовым числом Побочному квантовому числу I = О соответствует одна 5-орбиталь, обладающая шаровой симметрией. Для I = 1 имеются уже три р-орбитали со значениями = —1, О, + 1. Эти орбитали характеризуются равной энергией и в этом отношении полностью эквивалентны, если в атоме отсутствует система осей координат, по которым эти орбитали могли бы быть пространственно ориентированы. Отмечая равноценность трех р-орбиталей, их называют трехкратно вырожденными. Однако, если атом попадает во внешнее электрическое или магнитное поле или же входит в состав молекулы, тем самым задается система координат. Так как по отношению к этой системе отсчета р-орбитали могут ориентироваться различно, то вырождение снимается. Вследствие этого появляется различие в энергиях между состояниями, характеризующимися различными значениями магнитного квантового числа т . Аналогичным образом можно рассмотреть снятие вырождения нескомпенсированных [c.176]

Если на атом действует внешняя, например магнитная, сила, ось вращательного орбитального движения вместе с направленным вдоль нее вектором вращательного момента электрона начинает прецессировать с определенной скоростью вокруг направления силы, описывая в пространстве конус (рис. 42). Очевидно, что и сама воображаемая орбита электрона вместе с вмещающей ее плоскостью вращается в пространстве, оставаясь все время перпендикулярной вектору вращательного момента. Это прецессионное движение связано с некоторой энергией, а потому энергия электрона в магнитном поле слегка изменяется, и это сказывается на спектре света, излучаемого или поглощаемого атомом. Изучение этих изменений позволяет судить о том, что векторы орбитальных электронных моментов устанавливаются под строго определенными углами по отношению к силовой оси так, что проекция орбитального момента на силовую ось всегда изображается целым числом. Так, например, для f-электрона, т. е. при втором квантовом числе, равном трем, возможны следующие положения векторного орбитального момента в пространстве (рис. 43). Из рис. 43 видно, что вектор [c.152]

Сообщая такой системе спинов, находящейся в постоянном магнитном поле, энергию АЕ к посредством переменного высокочастотного электромагнитного поля с частотой V, можно вызвать соответствующие переходы между двумя соседними энергетическими уровнями (по правилу отбора Ат =1). Резонанс системы спинов и переменного поля имеет место при выполнении следующего условия [c.250]

Для ядер со спином, равным /г, к которым относится протон (атом водорода), имеются, следовательно, только два возможных состояния в магнитном поле с напряженностью Я 1) состояние с повышенной энергией NИ, для которого магнитный момент направлен [c.186]

На рпс. 15 приведено не полное схематическое изображение спектра атома натрия. Хорошо известно, что каждая из линий спектра в действительности является дублетом. Знаменитый натриевый дублет 5896 и 5890 А вызван двумя очень близкими переходами, энергии которых равны соответственно 48 630 и 48 700 кал/г-атом. Таким образом, энергия двух возбужденных состояний отличается всего лишь на 70 кал/г-атом. На основании изложенного выше, казалось бы, можно было объяснить эту разницу с помощью теории относительности так, как предлагал Зоммерфельд. Однако объяснение оказалось совершенно другим. Под действием не слишком сильного магнитного поля натриевый дублет расщепляется довольно странным и сложным образом. Исходные линии исчезают, причем одна из них заменяется четырьмя линиями, расположенными симметрично относительно того места, где находилась первоначальная линия. Совершенно аналогично другая линия расщепляется на шесть компонент. Разделение в каждом случае оказывается меньше классического еН/ лтс, найденного для нормального эффекта Зеемана в слабых полях. Ланде [28] удалось подобрать [c.124]

На энергетическое состояние спина протона (и любого другого магнитного ядра атома в методе ЯМР) сильное влияние оказывает электронная плотность взаимодействующей с ним его собственной к-орбитали. И электронная плотность, и энергия расщепления спина протона в постоянном магнитном поле зависят от природы химической связи этого протона с другим атомом, с которым он контактирует (атом К), а также от атомного окружения этого контактного атома (состава и природы групп X- и V-). [c.120]

К парамагнитным частицам относятся свободные радикалы, ионы, молекулы в триплетном состоянии и т.д. Простейшим случаем парамагнетизма может служить атом, обладающий одним неспаренным электроном. Его магнитные свойства связаны с орбитальным движением электрона, а также с наличием некомпенсированного спинового магнетизма. При помещении парамагнитных частиц в постоянное магнитное поле происходят их две ориентации по полю или проти него, т.е. разность энергии их уровней составляет [c.81]

Изменение магнитного и электрического полей обеспечивает движение ионов по циклоидальной траектории]. Детектирующее устройство спектрометра воздействует на ион переменным радиочастотным электрическим полем в плоскости циклотрона, и, когда фаза и частота этого поля совпадают с фазой и циклотронной частотой иона, детектор регистрирует резонансное поглощение энергии ионом, приводящее к увеличению его кинетической энергии. Обычно частота радиочастотного поля фиксирована, так что напряженность магнитного поля, при которой появляется пик, характеризует массу иона. Для типичной частоты 307 кГц пик N2" (масса 28) появляется при 5600 Э легко анализируются частицы с массами до 200 ат. ед. [c.350]

Чтобы понять происхождение магнитных эффектов в радикальных реакциях, достаточно рассмотреть простейшую радикальную пару (К(1), Н(2)), в которой один из радикалов, К(1), содержит лишь одно магнитное ядро (протон), а другой радикал не имеет магнитных ядер зеемановская электронная энергия первого радикала в магнитном поле Н равна дфН ( 1— -фактор радикала К(1)), второго радикала — g2 H. Пусть в радикале К(1> имеется сверхтонкое взаимодействие неспаренного электрона с протоном, энергия которого равна ат, где а — константа сверхтонкого взаимодействия (СТВ), т — проекция спина протона на направление внешнего магнитного поля. [c.16]

Большая ловушка с магнитными пробками Огра была построена в Институте атомной энергии в 1958 г. Вакуумная камера изготовлена. из нержавеющей стали. Длина камеры 19 м, внутренний диаметр 1,4 м. К концам камеры присоединены вакуумные агрегаты, включающие ртутные диффузионные и сорбционно-ионные насосы. Внутри камеры расположены титановые распылители. Средний диаметр обмотки, создающей магнитное поле, 1,8 м. Для получения интенсивного пучка молекулярных ионов водорода используется дуговой источник с поперечным магнитным полем. Давление в камере при введенном пучке поддерживается на уровне 10 мм рт. ст. В отсутствие пучка поддерживается давление 10" мм рт. ат. Молекулярный ион, инжектированный в ловушку, проходит длинный путь, многократно отражаясь от пробок, и в конце концов ударяется об инжектор. [c.363]

Уравнение (33) не отражает влияния побочных квантовых чисел на энергию атома г в его стационарных состояниях. Энергия атома действительно не зависит от побочных квантовых чисел 1шт, если справедливы те допущения, которые были сделаны при выводе уравнения (32). Так как влияние магнитного поля не учитывалось, то энергия атома не зависит от побочного квантового числа т, пока атом находится вне какого-либо. внешнего электромагнитного поля. Кроме того, при выводе уравнения (32) масса электрона т (а равно, и приведенная масса электрона ц) считалась постоянной. Это допущение, как можно показать, не является точным, если принять во внимание теорию [c.122]

Таким образом, в пренебрежении членом с волновая функция атома не меняется, т. е. атом не деформируется магнитным полем. Энергия же электрона делается зависящей от ориентации момента (в том числе и спинового) по отношению к направлению внешнего поля. Снимается вырождение по магнитному квантовому числу и по спину (рис. 21). [c.202]

Примером наиболее простого случая является атом водорода. Так же как н для электрона, для протона (/ = имеет место эффект Зеемана. Поэтому его магнитный момент во внешнем магнитном поле может ориентироваться в 2/ + 1 = 2 направлениях, характеризуемых значениями т, = = При взаимодействии с обеими компонентами ядерного магнитного момента зеемановский уровень неспаренного электрона расщепляется на два других уровня. С учетом зеемановского терма ядра энергия электронного уровня определяется выражением [c.267]

Когда атом с одновалентным электроном помещен в магнитное поле, его уровни энергии расщепляются на несколько компонент, давая характерную картину Зеемана. Энергия взаимодействия, которая вызывает эти смещения, состоит из двух частей — одна, возникающая благодаря спину электрона, и другая, возникающая в результате орбитального движения. Согласно гипотезе спина (раздел 5 гл. III), электрон имеет компоненту магнитного момента, равную rjz в направлении, в котором компонента спинового момента количества движения равна у "h. Так как энергия частицы с магнитным моментом М в поле [c.148]

В дополнение к постулату ядерного спина нам необходимо знать взаимодействие его с электронной оболочкой атома. Соответствующий член в гамильтониане сначала был получен, исходя из классической картины ядерного магнитного момента, энергия которого в магнитном поле, созданном электронной оболочкой, зависит от ориентации ядра по отношению к атому поля. Это приводит к вопросу о величине ядерного магнитного момента. На современной стадии наших знаний о строении ядра трудно высказать по этому поводу что-либо [c.400]

Итак, первое достижение налицо возможны условия, при которых протоны поглощают энергию переменного магнитного поля. Очевидно, эту потерю можно зафиксировать и измерить с помощью соответствующей электронной схемы. А раз так, у нас в руках уже есть локатор, способный сигналить о наличии в веществе протонов. Но от этого до способности различать протоны разных сортов еще далеко. В принципе такое различение возможно ведь протоны, входящие в состав молекулы, окружены электронами, которые заслоняют их от магнитного поля. В зависимости от того, в состав какой группы атомов входит данный атом водорода, степень и харак- [c.202]

Спектры атомов. При сообщении атому энергии изменяется по крайней мере одно квантовое число. Появляющиеся при этом сигналы относятся к видимой (800—200 нм) и рентгеновской (1 —10 А) областям спектра. В рентгеновской области спектра для аналитических целей используют сигналы, связанные с изменением главного квантового числа п. Интересные для аналитиков оптические спектры связаны в основном с изменением побочного квантового числа I (наряду с изменением и или т ). Ввиду большего разнообразия переходов оптические спектры имеют значительно большее число линий, чем рентгеновские. Если вырождение спинового момента электрона /Пз снимается внешним магнитным полем, то становятся возможными энергетические переходы с изменением т , дающие сигналы в микроволновой области (10 —10 Гц). Эти сигналы образуют спектр электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Атомное ядро подобно электрону может обладать собственным вращательным моменгом, ядерным спином. Воздействие внешнего магнитного поля также снимает его вырождение, что делает возможным энергетические переходы в области радиочастот (10 —10 Гц). Получающиеся при этом спектры называют спектрами ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Оба метода, ЭПР и ЯМР, относят к резонансной магнитной спектроскопии [c.177]

НОСТЬ испускания энергии ядром равна вероятности поглощения энергии ядром [т. е. переход / /(-Ь Л) /г) так же вероятен, как и переход т/(— /г)->" /( + /2)], и никаких изменений обнаружить нельзя. Как указывалось выше, в сильном магнитном поле имеется некоторый избыток ядер со спинами, ориентированными по полю, т. е. в состоянии с более низкой энергией, и, следовательно, будет происходить результирующее поглощение энергии. По мере того как энергия поглощается от радиочастотного сигнала, через конечный промежуток времени возбуждается достаточное число ядер, так что заселенность нижнего состояния становится равной заселенности верхнего состояния. Сначала можно обнаружить поглощение, но это поглощение будет постепенно исчезать по мере того, как заселенности основного и возбужденного состояний выравниваются. Когда такое состояние достигнуто, образец, как говорят, насыщен. Если прибор для ядерного магнитного резонанса работает исправно, насыщение обычно не обнаруживается, так как существуют пути, позволяющие ядрам вернуться в состояние с более низкой энергией без испускания излучения. Два механизма, с помощью которых ядро в возбужденном состоянии может вернуться в основное состояние, называются спин-спиновой релаксацией и спин-решеточной релаксацией. При спин-спиновой релаксации ядро одного атома в состоянии с высокой энергией передает часть своей энергии другому атому в состоянии с низкой энергией, и суммарного изменения числа ядер в возбужденном состоянии не происходит. Этот механизм не изменяет положения в данном случае, но важен для ряда явлений, которые будут рассмотрены ниже, и поэтому мы упоминаем о нем для полноты картины. Спин-решеточная релаксация включает перенос энергии к решетке. Термин решетка означает растворитель, электроны системы или другие типы атомов или ионов в системе, отличающиеся от исследуемых. Энергия, отданная решетке, превращается в энергию поступательного или вращательного движения, а ядро возвращается в нижнее состояние. Благодаря этому механизму всегда имеется избыток ядер в состоянии с низкой энергией и происходит результирующее поглощение энергии образцом от радиочастотного источника. Ниже мы еще вернемся к рассмотрению процессов релаксации. [c.266]

Чтобы выстроить спины обоих электронов в одном направлении, необходимо, по принвдшу Паули, перевести один из электронов на возбужденный уровень и сообщить при этом атому энергию А =Ау. Эта энергия может быть сообщена атому внешним магнитным полем, взаимодействующим с собственным магнитным моментом электрона. При изменении направления спина в магнитном поле энергия электрона изменится на 2 м В. [c.152]

Штерн и Герлах пропускали через неоднородное магнитное поле пучок атомов серебра, которые в основном состоянии обладают полным угловым моментом S = 1/2. На фотографической пластинке, которая использовалась как детектор, они обнаружили два отдельных пятна (рис. 1.3). Расщепление пучка атомов является прямым следствием и строгим экспериментальным подтверждением квантовой природы магнитной энергии атомов. Магнитный момент отдельного атома серебра может быть ориентирован либо параллельно, либо антипараллельно по отношению к внешнему магнитному полю, т. е. атом в магнитном поле может быть диамагнитным или парамагнитным. Однако диамагнитные и парамагнитные частицы по-разному ведут себя в неоднородном магнитном поле (рис. 1.3,6). Напряженность поля на концах диполя различна, что иллюстрируется плотностью силовых линий на рисунке. Поэтому один конец диполя более сильно притягивается или отталкивается, чем другой, и тем самым создается избыточная сила, ускоряющая частицу. Если разре- [c.20]

Три квайтовых числа п, Д определяют энергию любого уровня. Но если поместить атом в сильное магнитное поле, те возникают новые уровни, появление которых уже нельзя объяснить этими квантовыми числами. Дело в том, что при движении электрона возникает магнитное поле, величина которого зависит от квантового числа I. В присутствии внешнего магнитного поля оно взаимодействует с этим внутренним полем атома, что и приводит к некоторому изменению энергии. Магнитное поле атома может иметь только определенные направления относительно внешнего поля (рис. 17). Каждому положению соответствует определенное значение магнитного квантового числа т. [c.36]

В атомах с центральносимметричным полем, т. е. в атоме водорода или в одноэлектронном ионе (например, Не+), в отсутствие поля все направления равнозначны и энергия Е зависит от п. В этом случае магнитное квантовое число, хотя и используется при расчетах, определенного физического смысла не имеет. Если же атом находится в магнитном поле, то различным ориентациям его орбит соответствует, вообще говоря, различная энергия (поле, [c.67]

При отражении в плоскости, проходящей через атом и вектор Е, величшш м - проекция аксиального вектора момента, меняет знак, а в остальном шчего но меняется. Поэтому изменетше энергии атома в электрическом поле ДЕ ДЕ( м1), т.е. не зависит от знака Ы. К случаю магнитного поля это не относится, т.к. вектор Ь при отражении тоже меняет знак. [c.63]

В заключение обзора 0истем1а"пини атом НЫХ. спектров укажем, что большинство термов являются вырожденными. Они состоят из нескольких уровней, которые имеют одинаковую энергию. Разделение этих уровней может произойти, если поместить исследуемый элемент в магнитное поле. [c.191]

Эти 21 + 1 орбитали имеют одну и ту же энергию, если только атом не помещен во внешнее электрическое или магнитное поле, которое нарушает сферическую симметрию задачи. Набор решений уравнения Шрёдингера, которые имеют одну и ту же энергию, называют вырожденным набором. [c.35]

Появление вырожденных уровней в атомах водорода связано с эквивалентностью движений электрона по поверхности сферы (степени свободы, определяемые координатами <р и 6 ) Чтобы это вырождение выявить экспериментально, необходимо создать такие условия, когда движения по углам <р и 6 станут неэквивалентными, те нарушить сферическую симметрию системы Этого можно добиться, если поместить атом водорода во внешнее элеюрическое или магнитное поле Тогда условия движения электрона вдоль векторов напряженности или индукции поля или перпендикулярно им окажутся различными Вырождение снимется и вместо одного уровня энергии будет наблюдаться ряд близко расположенных уровней [c.31]

Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) [199—203] обусловлен индуцированными переходами между зеемановски-ми уровнями энергии парамагнитной частицы (электрона, атома или молекулы), находящейся во внешнем постоянном магнитном поле. Атом или молекула, несущие неспаренный электрон, имеют магнитный момент р, в том случае, если отличен от нуля их угловой момент I, который складывается из собственного углового момента электрона (спина) 5 и орбиталь- [c.278]

В квантовых системах с центрально-симметричным потенциалом начальное и конечное состояния характеризуются собственными волновыми функциями оператора г- Поэтому при 6) Ф а) имеем Ь Е а) =0. Операторы и Су, не меняя радиальной функции и квантового числа I, изменяют (см. 40) квантовое число т на 1. Однако поскольку в центрально-симметричном поле состояния, отличающиеся только значениями т, имеют одинаковую энергию, то переходы между ними не связаны с испусканием или поглощением энергии. Если атом находится во внешнем магнитном поле, то энергия уровней будет зависеть от магнитного квантового числа т. В этом случае возможны ЛИ-переходы между двумя зеемановскими компонентами уровней тонкой структуры (Д/= О, Л/л = 1). Эти переходы можно использовать для измерения энергии зеемановского расщепления. В квантовой системе с нецентральным потенциалом орбитальный момеит не является интегралом движения, поэтому матричные элементы (95,10) могут быть отличны от нуля. В системах с большим спин-орбитальным взаимодействием (атомные ядра) матричные элементы (95,10) также могут играть роль в /И1-переходах. Однако при наличии спина надо учесть, что квантовые переходы ЛИ могут вызываться и оператором спина. Матричные элементы таких переходов, согласно (94,21), можно записать в виде [c.455]

Большая ось эллипсоидальных орбит равна диаметру круговой того же запаса энергии. Соотношение осей эллипса меняется от 1 до [п—1). Было введено квантовое число I, соответствующее различным ориентациям эллипса в пространстве. При наложении магнитного поля на атом для характеристики проекции вектора орбитального момента на направление поля (силовую ось) было введено магнитное квантовое число /п . Его значение меняется от —I через О до 1. Таким образом, теория планетарной модели атома требовала для характеристики и расчета спектров атомов уже не одно, а три целочисленных характеристики п — главное квантовое число, I — побочное квантовое число, mi — магнитное квантовое число. Теперь теория правильно стала объяснять спектры многоэлектронных атомов. Однако опыт—самый строгий кри тик всех теорий — показывал, что объяснение является лишь ка-> иественным. Стала понятна лишь систематика линий в спектрах можно было каждую спектральную линию связать с оаределенныл переходом электрона. Однако ни энергию электронов, ни интен сивность линий в спектрах теоретически рассчитать не удавалось, [c.47]

Рассмотрим случай, когда атом водорода связан с каким-либо другим атомом. Электрон атома водорода находится на его 15-орбиталн, которая простирается вокруг его ядра и, несомненно, деформируется присутствием другого атома. Очевидно, взаимодействие. между ядром водорода (протоном) и его 15-электро-пом зависит от того, насколько сильно 15-электрон взаимодействует с другим атомом. Поскольку поле вокруг ядра водорода теперь несимметрично, взаимодействие между протоном и электроном будет различным в зависимости от того, каково спиновое состояние протона. При наличии внешнего магнитного поля воз- гoжны два ядерных спиновых состояния. Назовем их а- и (5-состояниями и предположим, что и-состоянне соответствует более низкому энергетическому уровню системы. Для того чтобы ядро перешло из спинового состояния и в состояние 3, необходимо затратить некоторую энергию. Величина этой энергии зависит от поля, образуемого 15-электроиом, а также от напряженности внешнего поля, в котором находится рассматриваемая система. Чем больше внеш]1ее поле, тем больше разность энергий между спиновыми о- н -состояниями протона — ядра во- [c.359]