атомка-1 / Шпоры по атомке (11,44,45,47,60,66)

47) Тонкая структура рентгеновских спектров. Более детальный анализ характеристических спектров привел к уточнению структуры рентгеновских термов (рис. 6.9). K-терм остается одиночным. L-терм оказался тройным, М-терм — пятикрат­ным. Поясним причину расщепления. Прежде всего отметим, что мы встречаемся здесь со случаем jj-связи, которая осуществляется в глубинных слоях тяжелых атомов.У K-оболочки n=1, значит каждый электрон имеет 1 = 0, s = 1/2 и j = 1/2 (это единственное значение). У L-оболочки п = 2, каждый электрон имеет l = 0 или 1. При l = 0 j = 1/2, а при l = 1 согласно (6.30) j= 1/2 и 3/2. Итак, мы имеем здесь три подуровня в точном соответствии с кратностью L-края полосы поглощения. А именно, при п = 2 (L-оболочка). Аналогично для М-оболочки и т. д. (см. рис. 6.9). Кроме того, необходимо учесть, что возможны только те пере­ходы между термами, которые подчиняются правилу отбора:1 = ±1,  j = 0, ±1. (6.44) Теперь должны быть понятными изображенные на рис. 6.9 переходы: только они удовлетво­ряют этим правилам отбора. Мы видим, что линии K-серии имеют дублетную структуру. Компонен­ты дублетов обозначают индекса­ми _1, ₂; _, _ и т. д. Например, .К -линия представляет собой дуб­лет К₁ и К₂. Серия L и другие имеют более сложную мультиплетную структуру.

60) Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Выше было установлено, что у парамагнитного атома в магнитном поле каждый уровень с квантовым числом J расщепля­ется на 2J + 1 подуровней (число возможных m,j). Пря этом ин­тервал между соседними подуровнями, равен _БgB, ибо \mj\ = 1. Если на атом, находящийся в таком состоянии, направить электромагнитную волну с частотой со, удовлетворяющей усло­вию h_БgB(7.19), то под действием магнитной составляющей падающей волны в согласии с правилом отбора (7.13) будут происходить переходы атома между соседними подуровнями, принадлежащими одно­му и тому же уровню. Это явление, связанное с вынужденными переходами, впервые наблюдал Е.К. Завойский (1944). Оно и получило название электронного парамагнитного резонанса* (ЭПР) в связи с тем, что имеет резонансный характер: переходы возникают при строго определенной частоте падающей волны. Оценим с помощью (7.19) резонансную частоту v при типич­ной для лабораторных условий индукции магнитного поля В = 10⁴ Гс (1 Тл). Полагая g ~ 1, получим: v=(h/w)=(_БB)/(2h) ~ 10¹⁰Гц, что соответствует длине волны порядка нескольких сантимет­ров. Значит, резонансные частоты находятся в радиодиапазоне. Их называют СВЧ. Необходимо заметить, что при резонансе энергия передается не только от поля к атому, но и в обратном направлении — при переходе атома с более высоких зеемановских подуровней на более низкие. Однако при тепловом равновесии число атомов с меньшей энергией превышает число атомов с большей энер­гией. Поэтому переходы, увеличивающие энергию атомов, пре­обладают над переходами в обратном направлении. Так что в результате парамагнетик поглощает энергию радиочастотного поля и нагревается. Эксперименты с ЭПР дают возможность из условия резонан­са (7.19) определить одну из величин — g, В, w_рез — по извест­ным остальным величинам. Например, измерив с высокой точ­ностью индукцию поля В и w_рез, с помощью ЭПР можно найти значение g, а затем и магнитный момент атома в состоянии с квантовым числом J. В жидкостях и кристаллах атомы не являются изолирован­ными, так как взаимодействуют с другими атомами. Это взаи­модействие приводит к тому, что интервалы между соседними подуровнями зеемановского расщепления оказываются различ­ными, и линии ЭПР имеют конечную ширину. Для исследований ЭПР применяют приборы, называемые ра­диоспектроскопами. В них частота со поддерживается постоян­ной, а изменяется в широких пределах индукция магнитного поля В, создаваемого электромагнитом NS.

44) Колебательно-вращательные по­лосы. Рассмотрим переходы между двумя колебательными уровнями, принадлежащими к одной и той же Рис. 232. электронной конфигурации. Каждый из этих уровней распадается на ряд вращательных уровней, хар-зуемых кванто­выми числами J' и J" (рис. 233). В этом случае

где J — вращательное квантовое число нижнего уровня, которое может принимать значения: 1, 2, ... (в этом случае J" = J не может иметь значения 0, так как тог­да J' равнялось бы —1). Оба случая можно охватить одной формулой:

w = w_ ± 2Bk = w_ ± w₁k , (k= I, 2, 3, .. .). Совокупность вращательных линий, принадлежащих к одному и тому же колебательному переходу, назы­вается колебательно-вращательной поло­сой. Колебательная часть частоты w_опре­деляет спектральную область, в которой распо­лагается полоса; вращательная часть ± w₁k опре­деляет тонкую структуру полосы, т. е. расщепление отдельных линий. Об­ласть, в которой распола­гаются колебательно-вра­щательные полосы, про­стирается примерно от 8000 А до 50 000 А (0,8— 5 мк).

Как видно из рис. 23, колебательно-вращатель­ная полоса состоит из совокупности симметричных относительно ш₀ линий, от­стоящих друг от друга на _ Только в середине полосы расстояние в два раза больше, так как линия с частотой w_ не возникает. Расстояние между компонентами колебательно-вра­щательной полосы связано с моментом инерции моле­кулы таким же соотношением, как и в случае враща­тельной полосы, так что, измерив _можно найти l мо­лекулы.

66) Великое объединение. В конце 70-х гг. Вайнберг, Глэшоу и Салам создали единую теорию электрослабых (электромагнитных и слабых) взаимодействий. Из этой теории вытекает, что переносчиками слабых взаимодействий является группа частиц, получивших название промежуточных векторных (спин=1, четность отрицательна) бозонов. В эту группу входят 2 заряженные частицы (W⁺ и W^-) (weak-слабый) (масса=81ГэВ) и одна нейтральная Z⁰ (масса=93ГэВ). Таким образом, слабые взаимодействия подобны электромагнитным, переносчиками которых также являются векторные бозоны – фотоны. Теория позволила предсказать массы промежуточных бозонов. Промежуточные бозоны нестабильны (время жизни 3*10^-25с). Итак, теория электрослабого взаимодействия получила блестящее экспериментальное подтверждение. На очередь стало создание большого объединения, идея которого состоит в том, что сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия представляют собой различные проявления одного фундаментального взаимодействия, характеризуемого одной безразмерной константой. Блестящим подтверждением теории Великого объединения явилось бы обнаружение нестабильности протона. Пока обнаружить распад протона не удалось. Из экспериментальных данных вытекает, что его время жизни превышает 10³¹ лет.

45) Вращател. полосы гомоядерной 2-атомной мол-лы

Различают два вида связи. Один из них осущест­вляется в тех молекулах, в которых часть электронов движется около обоих ядер¹). Такая связь называется гомеополярной (или ковалентной, или атомной). Она образуется парами электронов с про­тивоположно направленными спинами. Среди молекул этого типа следует различать молекулы с одинаковыми ядрами (Н₂, N2, ,О₂) и молекулы с разными ядрами (на­пример, CN). В молекулах первого рода электроны рас­пределены симметрично. В молекулах второго рода име­ется некоторая асимметрия в распределении электронов, благодаря чему молекулы приобретают электрический дипольный момент.

Второй тип связи имеет место, когда электроны в мо­лекуле можно разделить на две группы, каждая из ко­торых все время находится около одного из ядер. Элек­троны распределяются так, что около одного из ядер образуется избыток электронов, а около другого — их недостаток. Таким образом, молекула как бы состоит

из двух ионов противоположных знаков, притягивающих­ся друг к другу. Связь этого типа называется гетерополярной (или ионной). Примером молекул с гетерополярной связью могут служить NaCl, KBr, HC1 и т. д.

Схема возникновения вращател. полосы показана на рис. Вращательный спектр состоит из ряда рав­ноотстоящих линий, расположенных в очень далекой инфракрасной области. Измерив расстояние между ли­ниями _ можно определить константу (82.2) и найти момент инерции молекулы. Затем, зная массы ядер, можно вычислить равновесное расстояние между ними Ro в двухатомной мо­лекуле. Частота _ бывает порядка 10¹³ сек^-1 , так что для моментов инерции молекул получаются значения порядка 10^-40 г*см²

11) Опыт Франка и Герца. Существование дискретных энергетических уровней атома подтверждается опытами, осуществленными Фран­ком и Герцем. Схема их установки приведена на рис. 187, а. В трубке, заполненной парами ртути под небольшим давлением (~1 мм рт. ст.), имелись три электрода: катод К, сетка С и анод А. Электроны, вы­летавшие из катода вследствие термоэлектронной эмис­сии, ускорялись разностью потенциалов U, приложенной между катодом и сеткой. Эту разность потенциалов можно было плавно менять с помощью потенциометра П. Между сеткой и анодом создавалось слабое электриче­ское поле (разность потенциалов порядка 0,5 в), тормо­зившее движение электронов к аноду. На рис. 187,6 показано изменение потенциальной энергии электрона

11) Продолжение:

Будем увеличивать напряжение на катоде. Когда энергия электрона ( в промежутке между катодом и сеткой) достигает значения соударения перестают быть упругими – электроны передают атомам энергию и продолжают двигаться существенно меньшей скоростью. Число электронов достигших анода уменьшается. При U=5,3 В электрон сообщает атому энергию соответствующую 4,9 В (первый потенциал возбуждения) и продолжает двигаться с энергией 0,4 эВ. Он не сможет преодолеть задерживающего напряжения между сеткой и анодом и вернётся на сетку. Поэтому наблюдаем на кривой первый минимум. Атомы получившие при соударении энергию , переходят в возбуждённое состояние, из которого они через 10^-8секунды возвращаются в основное состояние, излучая фотон с частотой .Когда напряжение на катоде превышает 9,8 В , электрон может дважды претерпеть неупругое соударение, теряя при этом 4,9 эВ + 4,9 эВ=9,8 эВ, вследствие чего сила тока снова уменьшается. При напряжении 14,7 В возможны трёхкратные неупругие соударения. Если увеличить длину свободного пробега электронов, уменьшая давление ртутных паров, то повышением напряжения на катоде можно добиться, что электроны смогут приобретать скорости, достаточные для перевода атомов в состояние с энергией Е₃. В этом случае на кривой наблюдаются максимумы при напряжениях кратных второму потенциалу возбуждения атома ртути 6,7 В. Таким образом, в опытах Франка и Герца непосредственно наблюдается наличие у атомов дискретных энергетических уровней.