4.1. Общие сведения

Электроны атома создают в области пространства вблизи него магнитное поле. В эквивалентном представлении атом отождествляют с магнитным диполем, т. е. с простейшим источником магнитного поля. Ненулевое значение магнитного момента μ диполя свидетельствует о способности атома к магнитостатическому взаимодействию. Момент сили энергия взаимодействияявляются основными мерами воздействия на атом магнитного поля с индукцией В.

Суперпозиция магнитных полей, связанных с орбитальным движением и спином электронов, определяет результирующее магнитное поле атома. Собственный (спиновый) μ_sи орбитальныйμ_lмагнитный момент электрона принимают только дискретные (квантованные) значения:

, (4.1)

, (4.2)

где e– элементарный электрический заряд;m_e– масса покоя электрона;s– спиновое квантовое число;– элементарный магнитный момент (магнетон Бора);l – орбитальное квантовое число.

Проекции векторов _s, _l на ось z, вдоль которой направлена индукция B, также принимают только дискретные значения:

, (4.3)

, (4.4)

где – орбитальное магнитное квантовое число,– спиновое магнитное квантовое число.

При расчете результирующего магнитного момента многоэлектронного атома используются квантовые числа, характеризующие всю совокупность электронов: спиновое S , орбитальное L и полное J квантовое число. Для легких атомов (модель рассель-саундеровской связи) квантовые числа L и S должны удовлетворять следующим требованиям. Квантовое число L результирующего орбитального момента импульса может иметь только целое значение или нуль. Результирующее спиновое квантовое число S может принимать целое или полуцелое значение, в зависимости от количества N электронов в атоме. Если N четное число, то S принимает целочисленные значения в пределах от (1/2)N до нуля (например, для N = 6; S = 3; 2; 1; 0). В противном случае для S разрешены только полуцелые значения из интервала (1/2)N … 1/2. При фиксированных величинах L и S квантовое число J принимает одно из разрешенных значений:

. (4.5)

Совокупность квантовых чисел L, S,Jопределяет возможные значения модуля вектора результирующего магнитного момента атомаμ_Jи его проекции на направление внешнего магнитного поля μ_Jz:

, (4.6)

где g– множитель (фактор) Ланде:

, (4.7)

– магнитное квантовое число многоэлектронного атома. Отметим, что экспериментальные исследования магнитных моментов атомов, впервые выполненные Штерном и Герлахом (1922 г.), подтвердили дискретность значений физической величины μ_Jz

Множитель gсодержит информацию о роли орбитального движения или спина электронов в формировании результирующего магнитного поля атома. Для атома,магнитный момент которого обусловлен только орбитальным движением электронов (S = 0), квантовое число J и множитель g принимают следующие значения: ;. При определенной конфигурации электронов в атоме возможна полная компенсация орбитальной компоненты магнитного поляL = 0. В этом случае результирующее поле атома обеспечивает суперпозиция собственных магнитных полей электронов: J = S, а фактор Ланде принимает значение, равное двум.