Часть 5.

Таким образом, в общих чертах закономерности спектров щелочных металлов можно объяснить, пользуясь формулой (16). Но одна особенность не может быть, объяснена в рамках указанных представлений. Особенность эта состоит в том, что ряд линий спектра расщепляется и представляет собой не одиночные линии, а дублеты (двойные линии). Хорошо известен яркий дублет желтой линии натрия. Длины волн линий дублета отличаются на , . Соответствующие линии расщеплены и в спектрах остальных металлов, причем с ростом атомного номера расстояние между компонентами дублета увеличивается.

Под давлением экспериментальных фактов Уленбек и Гадсмит выдвинули гипотезу о том, что электрон обладает собственными механическим и магнитным моментами. Если бы электрон можно было представить в виде шарика, то это означало бы, что шарик вращается. Он обладает механическим моментом импульса. Вращение зарядов обусловило бы появление магнитного момента. Отсюда название нового свойства электрона – спин (от английского слова – веретено).

Подобно всякому моменту в физике микрочастиц, спиновой момент импульса и его проекция на ось – (причем и аналогичны и ) квантуются согласно формулам

Дублетность расщепления спектральных линий означает, что существуют всего два энергетических уровня, т.е.

Таким образом, спиновое квантовое число ( в отличие от орбитального) полу-целое и неизменное. Проекция на ось принимает два значения (т.к. разность значений , как и , всегда целая, и ).

Д

ублетное расщепление определяется магнитным взаимодействием орбитального и спинового моментов электрона. Согласно наглядным представлениям именно этим спин-орбитальным взаимодействием определяется различие в энергиях, соседних уровней со спиновым квантовым числом и , приводящее к возникновению тонкой структуры в спектре атома (рис. 3).

Некоторые физические постоянные необходимые для расчетов

– постоянная Планка

– масса электрона

– заряд электрона

– коэффициент пересчета энергии электрона.

Задания и указания к выполнению.

Задние 3. Рассчитать (при подготовке к работе) по формуле (8) энергии первых 10 уровней атома водорода. Результаты представить графически в масштабе 1эВ на 20мм

По графику найти переходы, сопровождаемые излучением в видимой области спектра.

Задание 6. Пользуясь формулой (16) и поправками на квантовый дефект рассчитать (при подготовке к работе) точные значения уровней атома для ; .

Полученные значения изобразить графически (рекомендуется масштаб: 1эВ – 50мм). Найти переходы сопровождаемые излучение в видимой области спектра. Определить по схеме, каким переходам соответствуют спектральные линии, имеющие дублетное расщепление. По величине расщепления, используя соотношение (6) рассчитать разность энергий электрона с для желтого дублета.

Для получения зачета необходимо.

Уметь ответить на контрольные вопросы:

1. В чем смысл квантовых чисел?

2. Каков физический смысл квантового дефекта?

3. Каков физический смысл волновой функции?

4. В чем заключается правила отбора?

5. Объяснить причину дублетного расщепления.

6. Почему не применима теория водородоподобного атома к гелию?

7. Какие процессы происходят в газоразрядной трубке при ее свечении?

8. Зависит ли энергия электрона от квантовых чисел и ?