Квантовая система с двумя уровнями

Возникающее расщепление уровней, вырожденных в отсутствие спин-орбитального взаимодействия, проявляется как тонкая структура спектров. Так, у щелочных металлов низший возбужденный уровень расщепляется на два Рц2 и Р /2- У Na (2 = 11, и = 3) это расщепление составляет 17 см , у К (2= 19, = 4) 58 см", тогда как у Сз (2 = 55, и = 6) оно достигает уже величины 554 см . У атомов галогенов эти расщепления для р-электронов еще больше, а постоянные для Р 272 см , для С1 587 см , а для I 5060 см . При таких больших величинах квантовые числа I и 5, а также и понятие мультиплетности теряют смысл, что приводит к необходимости рассматривать лишь полный момент импульса отдельного электрона (/,) и момент импульса всей системы в целом [c.397]

Энергия ионизации приблизительно равна по значению и об-ратна по знаку той энергии, которой обладает наиболее слабо связанный электрон атома (или иона), находящегося в основном состоянии. Поэтому для выяснения закономерностей, характерных для энергии ионизации, необходимо рассмотреть факторы, определяющие энергию электронов в атомах. Если бы в атоме кроме рассматриваемого электрона других электронов не было, то энергия данного электрона в соответствии с уравнением (1.33) зависела бы только от заряда ядра X и главного квантового числа п. Чем больше 2 и меньше п, тем ниже лежит энергетический уровень в одноэлектронной системе и тем более прочно электрон связан с ядром. Наличие других электронов в атоме, кроме рассматриваемого, вносит значительные изменения в эту простую зависимость. Особенности влияния электронов можно объяснить, используя два понятия экранирование заряда ядра и эффект проникновения электронов к ядру. [c.45]

Согласно правилу Гунда валентные иу-электроны атома стремятся распределиться по эквивалентным квантовым уровням так, чтобы каждый был занят одиночным электроном (см. 11.14). Таким образом, для этой теории является существенным подсчет числа возможных холостых гг)-электронов. В табл. 11.1 мы приводили распределение электронов для атомов элементов 2-го и 3-го периодов. В наинизшем энергетическом состоянии 2s (основном) у Ве нет холостых электронов и он нульвалентен. В возбужденном 2s p У него два холостых электрона и он двухвалентен. У углерода в основном состоянии 2s 2p число холостых электронов и валентность 2, в возбужденном — 2s 2p 4. С переходом к элементам азот—неон возникает картина, не отвечающая привычным представлениям периодической системы. В основном состоянии азот трехвалентен, кислород двухвалентен, фтор одновалентен и неон нульвалентен по числу их холостых электронов. Однако в отличие от элементов Li—С свободных 2р-уровней у азота и следующих элементов нет. Для разделения антипараллельных спинов и создания холостых электронов надо перевести электроны на вышележащий 35-уровень, что энергетически невыгодно. [c.316]

Условием проявления спектра ЭПР является наличие в исследуемой системе неспаренных электронов. При введении такой системы в постоянное магнитное поле спины и магнитные моменты электронов приобретают определенное направление относительно направления поля. Из квантовой теории [10] следует, что при этом энергетический уровень радикальной частицы, имеющий квантовое число 5, будет расщепляться на 25+1 уровней. В простейшем случае, когда нет взаимодействия неспаренного электрона с каким-либо ядром в радикале и 5=1/2 (один неспаренный электрон), в магнитном поле Н возникают два уровня с энергией рЯ/2 и — РЯ/2 (рис. 124). В этих выражениях фактор спектроскопического [c.312]

Нейтральный атом гелия. Искровой спектр гелия показывает, что в полном соответствии со сказанным ранее заряд ядра атома гелия равен 2 Поэтому нейтральный атом гелия имеет два электрона. В нормальном, т. е. наименее богатом энергией, состоянии оба эти электрона связаны одинаково (не считая антипараллельного направления их спинов, ср. стр. 129). Основной терм наиболее коротковолновой серии парагелия показывает, что второму электрону на основном уровне следует приписать главное квантовое число и = 1, т. е. наименьшее возможное квантовое число. А в соответствии со сказанным выше это должно быть справедливо и для первого электрона, который, конечно, не должен быть связан слабее, чем второй. Система, образуемая этими двумя электронами, отличается особой устойчивостью. Это следует прежде всего из чрезвычайно высокого значения потенциала ионизации гелия. Но еш,е отчетливее эта особая устойчивость системы электронов в нормальном атоме гелия проявляется при сравнении энергий, требующихся, с одной стороны, для перевода электрона с уровня 1я на ближайший более высокий уровень 2я и, с другой стороны, для перехода электрона с уровня, например, 2в на уровень 2>р (ср. рис. 26). Первая равна 20,55 эв, а вторая — только 2,42 эв. [c.127]

Электронное строение металлов, полупроводников и изоляторов. Электронные системы атомов, образующих твердое тело, более или менее сильно влияют друг на друга. Общие квантовые законы, которым подчиняются электроны в атоме, однако, сохраняют свое значение и по отношению к твердым телам. Подобно тому как в атоме электроны размещаются по отдельным уровням, в твердом теле существует набор тесно расположенные энергетических уровней и на каждом из них находится не более двух электронов. При сближении двух атомов водорода, как известно, каждый энергетический уровень расщепляется на два. То же произойдет и при сближении двух других атомов. Если мы возьмем не два, а N атомов, то каждый энергетический уровень расщепляется на N подуровней. По принципу Паули на данном уровне может находиться не более двух электронов. Значит, из N уровней N 2 будут заполнены, а N 2 — свободными. Занятые и вакантные уровни показаны на рис. 40, Увеличение числа уровней, вызываемое сближением атомов, приводит к тому, что образуются полосы, отвечающие 5-, /7-электронам и т. д. Ширина полосы, включающей эти (невыраженные) уровни, не зависит от числа уровней, и поэтому при сближении многих атомов соседние уровни расположатся очень тесно, получится так называемая зона. Различие в энергии соседних уровней имеет порядок 10 эВ. [c.226]

ГИИ, но теперь в рассматриваемой системе один и тот же спектр получается дважды один раз, когда рассматриваемый электрон находится у одного ядра, а другой,— когда у другого ядра. В то же время волновые функции в этих двух случаях будут разными. Говорят, что уровни энергии электрона в такой системе дважды вырождены. Если ядра сближать, то возникнет взаимодействие чисто квантовой природы (так называемый обменный эффект), и в результате дважды вырожденный уровень оказывается расщепленным на два отдельных уровня энергии, причем чем ближе ядра, тем сильнее возмущение и тем значительнее расщепление. Аналогичное имеет место в системе из трех одинаковых ядер и одного электрона здесь происходит расщепление трижды вырожденного уровня на три разных уровня. По такой же схеме рассматривают и кристалл. Приближенно допускают, что в задаче о спектре энергии наличие многих электронов в системе является не очень существенным, побочным фактором и при определении энергетического спектра можно рассматривать систему из N ядер, образующих кристаллическую решетку, и одного электрона. Это — так называемое одноэлектронное приближение, на основе которого до самого последнего времени была построена вся электронная теория кристаллов. Только такие явления как ферромагнетизм и сверхпроводимость потребовали создания многоэлектронной теории. Для теории химической связи в кристаллах одноэлектронное приближениие дает вполне удовлетворительные результаты. [c.199]

Электронное строение молекул, имеющих больше одного электрона, можно представить следующим образом. Составив линейные комбинации валентных орбиталей атомов, входящих в молекулу, найдем молекулярные орбитали, а затем разместим все имеющиеся электроны на наиболее устойчивых молекулярных орбиталях. Выше мы уже нашли молекулярные орбитали для системы из двух протонов и двух атомных 15-орбиталей. Эти орбитали пригодны для рассмотрёния молекул Н , Н2, Нг" и т. д. В молекуле водорода имеется два электрона, которые, судя по диаграмме энергетических уровней (рис. 18), лучше всего поместить на уровень о . Однако такое размещение в соответствии с принципом Паули осуществимо лишь в том случае, если электроны имеют разные спиновые квантовые числа т ). Таким образом, основное состояние Н2=(ст ) или [а =(/И8=-Ь 72)][о ( 8=—7г)], или в сокращенном виде [c.59]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология