СПИН, МОМЕНТ КОЛИЧЕСТВА ДВИЖЕНИЯ И МАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ЭЛЕКТРОНА

Энергетические состояния атомов обусловлены движением их электронов, которое происходит в электрическом поле атомного ядра, являющемся полем центральных сил. Многообразие энергетических состояний атома и энергии переходов между этими состояниями зависят от числа электронов атома и их распределения в электронной оболочке. Как известно, состояния отдельного электрона атома однозначно характеризуются значениями четырех квантовых чисел электрона главного квантового числа п, которое для каждого электрона может принимать любое целочисленное значение, большее нуля (п = 1, 2, 3,. . . ) квантового числа орбитального момента количества движения электрона I, которое для данного п принимает целочисленные значения в пределах О п — 1 магнитного квантового числа 1П1, принимающего 21 + 1 значение 1,1 — 1,. . ., — /), и квантового числа спина электрона ms, равного + /а. Энергия электрона зависит главным образом от величины квантового числа ив меньшей степени от величины квантового числа I. Электроны, отличающиеся только значениями квантовых чисел ш и /Ия, в отсутствие внешнего магнитного или электрического поля обладают одинаковой энергией, а соответствующие им состояния являются-вырожденными. Поэтому распределение электронов в электронной оболочке атома, или его электронная конфигурация, в отсутствие внешнего поля однозначно определяется значениями двух квантовых чисел, пи/, каждого электрона. Символическая запись электронной конфигурации атома может быть представлена в виде [c.32]

Согласно принципам квантовой механики, состояние электрона в атоме характеризуется четырьмя так называемыми квантовыми числами п, /, т и 5, где п — главное квантовое число, в основном определяющее энергию электрона /— орбитальное (побочное) квантовое число, характеризующее момент количества движения электрона т — магнитное квантовое число, характеризующее проекцию момента количества движения на направление внешнего магнитного поля и ориентацию орбиты электрона по отношению к внешнему магнитному полю 5 —спиновое квантовое число, характеризующее некоторый момент количества движения электрона, возникающий вследствие его вращения вокруг собственной оси (спина). На квантовые числа I, т и 5 накладываются следующие ограничения I не может быть больше, чем главное вантовое число минус единица т может принимать 2/- - 1 различ- [c.68]

Теоретически и экспериментально было установлено, что электрон обладает собственным моментом количества движения (спином). Поскольку электрон является электрически заряженной частицей, а любой движущийся электрический заряд обусловливает возникновение магнитного поля, существует магнитное поле, связанное и со спином. Иными словами, электрон, обладающий собственным моментом количества движения, ведет себя как очень маленький магнитик. [c.18]

Сверхтонкое взаимодействие обусловливает мультиплетную структуру некоторых из уже упоминавшихся спектров. Дело в том, что многие ядра имеют собственный момент количества движения — ядерный спин и, следовательно, собственный магнитный момент. Поэтому в радикалах, содержащих одно или несколько таких магнитных ядер, на электрон будет действовать не только внешнее приложенное поле, но и магнитное поле ядер. Ядерные магнитные [c.24]

Спиновое квантовое число 5 для каждого электрона может принимать лишь одно из двух значений +Ч2 или — /г, что обозначается сим-полами I и 4- Это число определяет момент количества движения (вра-шения) электрона вокруг собственной оси и его магнитный момент. В магнитном поле момент спина может ориентироваться либо в направлении этого поля, либо противоположно ему. [c.48]

СПИН, МОМЕНТ КОЛИЧЕСТВА ДВИЖЕНИЯ И МАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ЭЛЕКТРОНА [c.83]

Электрон, обладая собственным моментом количества движения (спином) и являясь электрически заряженной частицей, имеет магнитный момент [c.55]

Кроме внешнего статического поля Н на электрон действует также магнитное поле ядра, которое создается ядрами, обладающими собственным моментом количества движения — ядерным спином/ и сопутствующим ему магнитным моментом. Во внешнем магнитном поле магнитный момент ядра может ориентироваться 2/ +1 способом. Поэтому [c.77]

Магнитные моменты электронов и ядер связаны с их собственными моментами количества движения (спин) и составляют [c.248]

Измерение ядерного магнитного резонанса (ЯМР) — метод анализа, основанный на резонансном поглощении электромагнитных волн веществом, помещенным в постоянное магнитное поле. Ядерный магнитный резонанс использует явление ядерного магнетизма. Атомные ядра многих химических элементов имеют определенный момент количества движения, т. е. вращаются вокруг собственной оси (спин ядра). Спин ядра аналогичен спину электрона. Магнитный момент возникает потому, что каждое ядро имеет электрический заряд. Для наблюдения ЯМР ампулу, содержащую анализируемое вещество, помещают в катушку радиочастотного генератора. Образец может быть жидким, твердым или газообразным. Катушку с ампулой помещают в зазоре магнита перпендикулярно направлению магнитного поля Ни- Генератор создает на катушке слабое переменное магнитное поле Нх- Резонанс наступает при условии ф=фо= У о, где ф — скорость вращающегося поля Нх, фо — скорость прецессии ядер в поле На, 7 — гиромагнитное отношение у = т1Р (т — магнитный момент ядра атома, Р — момент количества движения ядра). При выполнении условия приемник регистрирует небольшое изменение напряжения на рабочем контуре в виде сигнала в форме гауссовой кривой. Кривая характеризуется высотой сигнала и шириной кривой (полосы), [c.452]

В разд. 20.1 было отмечено, что электрон в атоме может иметь две ориентации спина по отношению к направлению магнитного поля или же две ориентации вектора момента количества движения по орбитали. Зти два направления, обозначаемые 4-и —7г соответственно, образуют, как принято называть, дублет. Такой дублет связан со спиновым квантовым числом 7г. Отсюда следует, что протон и нейтрон могут составить электрический зарядовый дублет. Высказывалось предположение, что нуклону внутренне присущ электрический заряд, по величине равный -f /г (в единицах е) и вектор электрического заряда, по величине равный 7г, способный принимать две ориентации (но не в обычном трехмерном пространстве, а в некотором абстрактном пространстве), и, таким образом, он или вносит вклад Н- 72 в окончательный заряд, что дает протон, или вносит вклад — /2, что дает нейтрон. Согласно этому представлению, протон и нейтрон образуют два состояния электрического зарядового дублета некоторого нуклона с присущим ему зарядом -Ь /з и электрическим вектором 72- Аналогичным образом антипротон и антинейтрон образуют два состояния антивещества соответствующего типа — антинуклона с внутренне присущим ему зарядом— /2 и электрическим вектором 7г. [c.595]

Недавно открыт новый тип изотопного эффекта - магнитный изотопный эффект. В основе теории влияния магнитного поля на скорость протекания химических реакций лежит фундаментальный закон сохранения момента количества движения. Этот закон, естественно, распространяется и на собственный момент количества движения электронов и ядер (спин). Поэтому в системах, в которых отсутствуют взаимодействия электронных спинов с орбитальными моментами или со спинами ядер, любые изменения суммарного спина запрещены. Этот запрет частично снимается при наличии упомянутых выше взаимодействий, поскольку открываются каналы передачи количества движения на другие электроны и ядра. [c.483]

Метод ЭПР основан на явлении резонансного поглощения электромагнитных волн парамагнитными частицами, помещенными в постоянное магнитное поле. Неспаренные электроны парамагнитных частиц ориентируются в постоянном магнитном поле так, что их собственный момент количества движения (спин) направлен либо по полю, либо против поля, чему соответствуют два энергетических уровня частицы. Расстояние между этими уровнями есть энергия зеемановского расщепления g H, где Н— напряженность постоянного магнитного поля, р — магнетон Бора, g — фактор спектроскопического расщепления. [c.335]

Нормальный эффект Зеемана наблюдается для некоторых СОСТОЯНИЙ сложных атомов. Как будет показано в 78, состояние сложных атамов, содержащих несколько электронов, в некотором приближении можно характеризовать собственными значениями операторов суммарного спина всех электронов S = суммарных орбитальных моментов количества движения L = и полного момента J — L -j- S. Изменение энергетических состояний таких атомов в слабом однородном внещнем магнитном поле также определяется формулой [c.322]

Однако этот скептицизм несостоятелен. Кроме энергии есть другая величина, имеющая для химии фундаментальное значение— механический угловой момент количества движения (спин) электронов и ядер реагирующих частиц. Энергия и спин — две фундаментальные физические характеристики, которые управляют химической реакцией разрешают или запрещают ее. Любая частица, обладающая спином, имеет магнитный момент, величина и направление которого однозначно связаны с величиной и направлением спина. Электроны и ядра, обладающие спином, имеют также магнитный момент и становятся элементарными магнитиками, поведение некоторых чувствительно к магнитным взаимодействиям. И хотя их вклад в энергетику пренебрежимо мал, они управляют спином электронов и ядер и потому оказывают сильное влияние на химические реакции. [c.7]

Электронный парамагнитный резонанс (парамагнитный резонанс, электронный спиновый резонанс) возникает вследствие ориентации неспаренных электронов в магнитном поле так, что их собственный момент количества движения (спин) направлен либо по полю, либо против него. Разность энергий этих двух состояний, или зеема-новских уровней, называется энергией зеемановского расщепления, она равна g Лв Н, где Н - напряженность магнитного поля /4 - магнитный момент электрона (магнетон Бора) g - фактор спектроскопического расщепления (рис. 10.5 а). [c.278]

В 1925 г. установили, что электрон имеет момент количества движения, как если бы он враш ался вокруг собственной оси. Этот момент количества движения называют спин электрона. С ним связан магнитный диполъный момент электрон обладает теми же свойствами, что и маленький магнитик. Этот магнитный момент, обусловленный спином электрона, и определяет свойства большинства парамагнитных и ферромагнитных веш.еств . [c.56]

Правда, открытие в 1926 г. у электрона собственного момента количества движения — спина — и установление того, что у пары электронов, образующих химическую свяаь, сгшны имеют противоположную ориентацию в пространстве (спины антипараллельны, что изображается так ), как бы явилось доказательством, что именно образование электронной пары является причиной образования химической связи. Чтобы придать физический смысл такому подходу, иногда в учебной литературе говорится, что химическая связь образуется за счет взаимодействия магнитных полей с противоположными спинами или магнитных полей, образующихся при согласованном движении электронов по атомным орбитам в противоположные стороны. Однако оказывается, что при самых благоприятных предположениях энергия такого магнитного взаимодействия могла бы объяснить лишь ничтожную долю энергии химической связи. [c.17]

В 1925 г. два голландских физика Г. Е. Уленбек и С. А. Гудсмит открыли, что электрон обладает свойствами, соответствующими наличию у него спина электрон можно представить себе вращающимся вокруг оси точно так же, как Земля вращается вокруг некоторой оси проходящей через ее Северный и Южный полюсы. Величина спина (момент количества движения) одинакова для всех электронов, но ориентация оси может меняться. По отношению к определенному направлению, такому, например, как направление магнитного поля Земли, свободный электрон может ориентироваться только в одном из двух направлений он должен быть ориентирован параллельно данному полю или антипараллельно (иметь противоположную ориентацию). [c.111]

В дополнение к массе и заряду у электрона есть также другие свойства, приписываемыг спину электрона. Электрон имеет момент количества движения, равный )/ЗА/4 и обусловленный наличие спина. Этот момент количества дв 1жения может быть ориентирован под действием внешнего магнитного поля или по направлению гюля, или против него, и в зависимости от этого считается, что электрон обладает положительным или отрицательным спином, причем квантовое число спина равно взаимодействие с внешним магнитным полем указывает на наличие у электрона магнитного дипольного момента. [c.73]

Число компонент сверхтонкой структуры. Сверхтонкая структура в атомных спектрах является результатом расщепления энергетических уровней атома вследствие магнитного взаимодействия между ядром и электронной оболочкой. Атомное ядро, как известно, имеет собственный момент количества движения, с которым всегда связан магнитный момент, поскольку ядро является электрически. заряженной системой, составные части которой обладают своим спином и магнитным моментом. Теория показывает, что если данный энергетический уровень характеризуется квантовым числом /, соответствующим полному моменту количества движения электронной оболочки, а атомное ядро характеризуется квантовым числом I ядерпого момента количества движения спин ядра), то число расщепленных подуровней определяется следующим образом [c.125]

Элементарными носителями магнетизма в магнитных материалах являются нескомпенсированные спиновые магнитные моменты электронов. Электрон обладает собственным моментом количества движения (механическим моментом) р , называемым спином. Этот момент может иметь только две ориетггации относительно внешнего магнитного поля, направленного по оси z, такие, что две его возможные проекции на направление этого поля равны [c.18]

В 1928 г. был найден квантовомеханический ответ на вопрос об электронном спине. Волновое уравнение в виде, предложенном Шредингером, было нерелятивистским. Желая привести волновую механику в соответствие с теорией относительности, Дирак вывел волновое уравнение, которое естественно привело к спиновому моменту количества движения электрона. По теории Дирака, электрон имеет такой же момент количества движения и магнитный момент, как и вращающийся электрон по Уленбеку и Гауд-смиту. Однако, как и в случае с тремя другими квантовыми числами, квантовомеханические свойства электронного спина являются результатом последовательных математических расчетов и не приводят к проблемам, возникающим из физической картины электрона, вращающегося вокруг собственной оси. [c.69]

Токи, связанные с орбитальным движением электрона и с его спином, взаимодействуют друг с другом. Каждый из этих токов создает магнитное поле, которое воздействует на другой ток. Взаимодействие магнитных полей, создаваемых токами, обусловливает зависимость орбитального и спинового моментов количества движения совокупности электронов, его называют спин-орбитальным взаимодействием или спин-орвитальнай связью. Энергия спин-ор-битального взаимодействия много меньше разности энергетических уровней электронов, но, несмотря на это, она оказывает существенное влияние на стационарные состояния атома. Это влияние приводит к снятию вырождения состояний с одним и тем же квантовым числом орбитального движения. Подобное снятие вырождения служит основьюй причиной появления тонкой структуры атомных спектров (см. разд. 3.9) в отсутствие внешних полей. Строгое рассмотрение спин-орбитального взаимодействия возможно при решении релятивистского уравнения Дирака. Однако полуклассический подход позволяет выявить наиболее важные детали этого эффекта. [c.77]

Особенность квантовых частиц состоит в том, что им присуще собственное внутреннее движение, представляемое как вращение частицы вокруг собственной оси. Связанный с этим вращением собственный момент количества движения называют спином частицы. Величина момента равна [s(s-(-1)] / Й, где S — спиновое число, определяемое природой частицы и имеющее целое или полуцелое значение. Так, для электрона, протона и нейтрона s = /2, для фотона s= 1. Ориентация спинового момента количества движения квантована и задается значением спинового магнитного числа tUs, которое может принимать значения —s, —s+1.. ... s (всего 2s + 1 возможных значений) для электрона, например, это два значения — /2 и /г- Величина nish определяет проекцию момента на произвольную ось в пространстве. [c.79]

Изучая тонкие эффекты в атомных спектрах щелочных металлов, Д. Уленбек и С. Гоудсмит в 1925 г. пришли к выводу, что состояние электрона в атоме зависит также от его собственного момента количества движения, возникающего как бы из-за вращения электрона вокруг своей оси. Разумеется, представить себе наглядно, как частица-волна крутится волчком, невозможно. Вместе с тем электрон, обладая электрическим зарядом, проявляет и собственный магнитный момент. Его называют спином электрона и обозначают через 5, равное /г. [c.35]

О. Штерна и В. Герлаха, 1922) сформулировали весьма интересную идею о наличии у электрона собственного магнитного момента. Эта идея в существенной степени уже назрела среди физиков того времени (например, в виде признания необходимости изменения тех или иных квантовых чисел на 1/2) и пусть не в столь явной форме, но высказывалась и А.Ланде, и В.Паули, и самими авторами эксперимента по расщеплению пучка атомов серебра. В опытах Штерна - Герлаха изучались атомы серебра в основном состоянии, в котором электронный угловой момент должен был бы равняться нулю. Однако в сильно неоднородном магнитном поле пучок таких атомов расщеплялся на две компоненты, что свидетельствовало о том, что у этих атомов есть какой-то магнитный момент, не связанный непосредственно с орбитальным моментом. Расщепление на две компоненты к тому же говорило о том, что для этого момента 2/ -I-1 = 2, так что / = 1/2. Этот совсем уж необычный результат заставил искать правдоподобные объяснения, что сначала привело к мысли о вращении электронов вокруг некоторой собственной оси (подобно планетам) и наличии связанного с таким вращением дополнительного момента количества движения. По этой причине дополнительный момент был назван спином (англ. to spin — вращаться подобно веретену) и обозначен символом s. Однако дальнейший анализ привел к выводу, что такое объяснение неудовлетворительно, так как тогда электрон должен был бы иметь конечные размеры, а это вызвало бы новые затруднения в построении теории. [c.132]

Понятие электронного спина общеизвестно. Многие ядра также обладают собственным моментом количества движения или спином, который, как и спин электрона, сопровождается характерным ма1нитным моментом можно представить себе, что ядерный магнитный момент возникает благодаря вращению заряда, распределенного в атомном ядре. Во внешнем магнитном поле электронный или ядернь1й магнитный диполь не может принимать любые произвольные положения для него возможен лишь вполне определенный ряд дискретных ориентаций. О такой системе говорят, что она квантована . Поскольку [c.257]

Ядерный магнитный резонанс. Кроме массы М) и заряда (2), ядро имеетеш,етретьюхарактеристику, а именно момент количества движения /, обусловленный его враш ением (спином) вокруг оси. Поскольку атом можно рассматривать как миниатюрную солнечную систему, в которой вокруг солнца (ядра) вращаются планеты (электроны), постольку и ядерный спин можно сравнить с вращением солнца вокруг его оси. (Электроны также обладают спином, который аналогичен вращению планет, вызывающему смену дня и ночи.) Подобные аналогии, безусловно, несовершенны, но, стремясь познать природу, можно допустить простое сравнение известного с неизвестным. [c.22]

Здесь ей те — заряд и масса электрона, с — скорость света, к — постоянная Планка и р — магнетон Бора кеЦлгПес). Константа зависит от относительных вкладов спинового и орбитального движения электрона в его полный момент количества движения оба движения создают магнитные моменты и резуль-тируюш ий момент определяется их векторной суммой. Для свободного спина -фактор равен 2,0023 (отклонение от 2,0000 обусловлено релятивистской поправкой). [c.202]

Если рассматриваемая система или часть ее состоит из тождественных частиц, например электронов, то на функцию Р накладывается существенное дополнительное условие, определяемое свойствами симметрии такой системы. В этом доцолнительном условии важную роль играет спин электрона (т. е. его собственный момент количества движения). Поскольку электронный спин может иметь два направления — вдоль магнитного поля и противоположно ему (это поле может быть обусловлено, например, другим электроном системы), для характеристики спина вводят специальную спиновую координату, которая может принимать тоже только два значения. Таким образом, волновая функция системы электронов зависит от четырех координат каждого электрона. Указанное доцолнительное условие заключается в том, что волновая функция должна быть обязательно антисимметрична по отношению к перестановке координат любых двух электронов, т. е. менять знак при этой операции. Если для краткости совокупность четырех координат электрона обозначить одной цифрой (1 или 2), то указанное требование антисимметричности, представляющее собой обобщение принципа Паули, можно записать в виде [c.112]

Электрон обладает собственным моментом количества движения (спином), с которым связан и собственный магнитный момент электрона. Форма электрона или распределение заряда в нем неизвестны, но из экспериментальных данных следует, что спиновый магнитный момент электрона равен магнетону Бора цв=—е/г/(4ятс). Знак минус означает, что вектор магнитного момента электрона направлен в сторону, противоположную направлению его спина. [c.172]

Эти квантовые свойства электронов и атОмов установлены теоретически и экспериментально с большой степенью точности. Изучение спектров, магнитных и электрических свойств атолмов и т. д. непосредственно доказало дискретность возможных значений энергии и момента количества движения электрона в атоме, существование спина и дискретность возможных орпентацхгй атома в магнитном поле, характеризуемых квантовыми числами. [c.163]

В результате неспаренности электронных спинов, или полного орбитального момента количества движения, или того и другого вместе возникают магнитные моменты ионов и атомов в кристалле. Хотя эффекты, обусловленные такими магнитными моментами, в принципе аналогичны эффектам ядерного спина, происходящие при них изменения энергии на несколько порядков больше, поэтому при нахождении практических значений энтропии такие эффекты должны приниматься во внимание, особенно если при самой низкой температуре экспериментальных измерений полный порядок не достигается. В типичных органических соединениях такие магнитные явления не наблюдаются, но их следует учитывать при изучении [c.13]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология