3.4.Ефект Зеемана.

Якщо розмістити джерело лінійчатого спектра випромінювання в сильне магнітне поле, то крім ліній з частотою ν_оі в спектрі спостерігаються дублети з частотами (ν_оі + Δν) і (ν_оі – Δν) при спостереженні паралельно лініям індукції магнітного поля і триплети ліній з частотами (ν_оі + Δν), ν_оі, (ν_оі – Δν) при спостереженні перпендикулярно до поля.

1. Дана теорія основана на розкладанні орбітального руху електрона, який представлений гармонічним коливанням з амплітудою Е₀, на два лінійних гармонічних коливання по двом взаємоперпендикулярним напрямкам з частотою ₀ і амплітудою E_l, E_t, з яких  , а  . В свою чергу компоненту E_t можна розглядати як додавання двох рівномірних, синфазних і протележно напрямлених колових рухів з однаковим радіусом і частотою ₀ в площині  до напрямку ліній індукції магнітного поля . В магнітному полі на електрон, що рухається діє додатково сила Лоренца

, (3.12)

яка має ненульове значення для компоненти руху електрона  магнітному полю, тобто для E_t і відповідно для двох колових рухів. Наявність F_л при буде приводити до зміни швидкості колових обертань електрона. Це в свою чергу викличе зміну величин, що входять в умову механічної стійкості електрона в атомі. При накладанні магнітного поля зміниться доцентрова сила для колових рухів внаслідок додавання сили Лоренца. Таким чином, в магнітному полі при спостереженні в напрямку  полю в спектрах випромінювання ( поглинання) кожна лінія представляє собою триплет, який складається з 1-ої незміщеної спектральної лінії (-компонента; коливання Е_l вздовж магнітного поля  випромінювання  полю з поляризацією вздовж поля; 2-ої зміщеної спектральної лінії (  - компонента) з поляризацією  до поля; 3-я зміщена спектральна лінія (  - компонента) з поляризацією  до поля. При спостереженні вздовж магнітного поля кожна лінія представляє собою дублет з частотами і коловою поляризацією (правою і лівою).

Це означає, що електронна теорія Лоренца не тільки кількісно описує ефект Зеемана, але і чітко вказує на стан поляризації всіх отриманих в експерименті розщеплених ліній.

б) Квантова теорія

Згідно квантової теорії, повна енергія електрона в атомі (без врахування спіна), який знаходиться в магнітному полі визначається співвідношенням

, (3.22)

де повна енергія електрона в атомі при ;  магнетон Бора; n, l, m  головне, орбітальне і магнітне квантові числа відповідно.

3.5. Поняття про аномальний ефект Зеємана

Нормальний ефект спостерігається тільки для одиночних “синглетних” ліній. Для мультиплетів розщеплення носить більш складний характер. Наприклад, для лінії дублетів головної серії лужних металів у випадку не дуже сильних магнітних полів спостерігається картина: одна лінія розщеплюється на квартет, а друга на секстет.

3.6. Періодична система елементів Менделєєва і принцип Паулі.

Одною з найважливіших задач, яка стояла перед квантовою теорією атома, було пояснення того факту, що при монотонному зростанні порядкового номера елемента Z хімічні і оптичні властивості елементів періодично повторюються. Крім того енергія основного стану атомів різних речовин виявилася суттєво різною. Пояснення вказаних фактів грунтується на загальному принципі, запропанованому В. Паулі (1900 – 1958) в 1925 р., згідно якого в любій фізичній системі не може бути двох електронів з однаковими квантовими числами або в любій фізичній системі не може бути більше одного електорна з заданими квантовими числами. Стан кожного електрона в атомі характеризується чотирма квантовими числами:

1. Головне квантове число – n із значеннями 1. 2, 3... .

2. Орбітальне квантове число – l (всього значень n) із значеннями 0. 1, 2, 3...( n-1).

3. Магнітне квантове число – m (всього значень (2 l+1)) із значеннями 0, 1, 2... l ( ).

4. Спінове квантове число – s із значенням 1/2.

Наслідком принципа Паулі є кінцева кількість електронів в станах, які визначаються однаковими головними квантовими числами, що утворюють так звані електронні шари.

Визначемо число електронів в кожному шарі, з врахуванням принципа Паулі:

шар	n	l	m	s	кільк. ел.	стан	кільк. ел. в стані	кільк. ел. в шарі
K	1	0	0	1/2	2	s	2	2
L	2	0	0	1/2	2	s	2	8
		1	+1 0 -1	1/2 1/2 1/2	2 2 2	p p p	6
M	3	0	0	1/2	2	s	2	18
		1	+1 0 -1	1/2 1/2 1/2	2 2 2	p p p	6

В загальному випадку, для даного значення головного квантового числа n кількість різних станів буде

N=2n² (3.25)

Об’єднуючи принцип Паулі з загальним принципом стремління системи до найменшої енергії, можна пояснити порядок заповнення електронами можливих станів в атомі, і відповідно пояснити хімічні властивості атомів.