20. Магнитные свойства атома. Спин электрона. Орбитальные и спиновые характеристики электрона в атоме. Опыт Штерна – Герлаха
В
соответствии с классической
электродинамикой, движущийся по замкнутой
траектории электрон, будучи подобен
току, возбуждает в окружающем пространстве
магнитное поле, и имеет магнитный момент,
величина которого определяется по
формуле
,
где
s
– площадь, охватываемая орбитой
электрона;n
– единичный нормальный к s
вектор;
I – сила тока, причем ток направлен противоположно направлению скорости электрона;
Так
как
то
Pm
может принимать значения:
где
магнетон Бора.
.
Это значение магнитного момента, которое имел бы атом водорода, если бы электрон был классической частицей и вращался по первой боровской орбите. Таким образом, магнитный момент, как физическая величина квантуется подобно механическому моменту и может принимать лишь значения кратные магнетону Бора.
Спин - собственный момент импульса (или магнитный момент) элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого.
Отношение
величины магнитного момента к величине
спина называется гиромагнитным
отношением,
и, в отличие от орбитального углового
момента, оно не равно магнетону
(μ0):
Введённый
здесь множитель g
называется g-фактором
частицы;
Спин электрона равен 1/2.
Орбитальное квантовое число l определяет значение орбитального момента количества движения электрона на данной орбитали. Допустимые значения: 0, 1, 2, 3,...n-1.
Орбитальное квантовое число определяет форму поверхности максимальной вероятности нахождения электрона и ее симметрию.
Спиновое квантовое число ms. Каждый электрон также характеризуется собственным механическим моментом движения, который получил название speen. Спиновое квантовое число ms имеет только два значения +1/2 и -1/2, которые связаны с его направлением.
Наличие у атомов магнитных свойств и явление пространственного квантования (квантование проекции момента импульса) были обнаружены в опытах Штерна и Герлаха (1921-1923 гг.) еще до появления квантовой механики.Как известно, на магнитный момент в неоднородном магнитном поле действует сила, определяемая соотношением:
F= μz дН/дZ
которая отклоняет его от первоначального направления движения. Если проекция магнитного момента атома могла бы изменяться непрерывно, то на пластинке П наблюдалась бы размытая широкая полоса. Однако в Ш.— Г. о. было обнаружено расщепление пучка атомов на 2 компоненты, симметрично смещенные относительно первичного направления распространения на величину Δ — на пластинке появлялись две узкие полосы. Это указывало на то, что проекция магнитного момента атома μz на направление поля Н принимает только два отличающиеся знаком значения ±μo, т. е. μo ориентируется вдоль Н и в противоположном направлении. Величина магнитного момента атома μо, измеренная в опыте по смещению Δ, оказалась равной Бора магнетону.
21. Полный набор квантовых чисел электронов в атоме, их физический смысл
Состояние электрона в атоме определяется набором четырех квантовых чисел, каждое из которых может принимать определенные значения:
Главное квантовое число: n = 1,2,3,…
Орбитальное квантовое число: l = 0,1,2,…,(n-1).
Магнитное квантовое число: m = 0,±1,±2,…,±l.
Спиновое квантовое число: ms = ±1/2
Физический смысл полного набора квантовых чисел электронов в атоме – порядковый номер электронного уровня, определение состояния электрона в атоме, описание электронных оболочек атомов. Каждый электрон в атоме имеет свой собственный «адрес», записанный набором четырех квантовых чисел.