Нормальный и аномальный эффекты Зеемана. Фактор Ланде.
Эффе́кт Зе́емана — расщепление линий атомных спектров в магнитном поле.
Обнаружен
в 1896
г. Зееманом
для эмиссионных линий натрия.
Эффект обусловлен тем, что в присутствии
магнитного поля квантовая частица,
обладающая спиновым магнитным моментом,
приобретает дополнительную энергию
пропорциональную
его магнитному моменту
Приобретённая
энергия приводит к снятию вырождения
атомных состояний по магнитному
квантовому числу
и
расщеплению атомных линий.
Нормальный эффект Зеемана
Если
член взаимодействия
мал
(меньше тонкой
структуры
то есть
),
его можно рассматривать как возмущение
и этот случай называют нормальным
эффектом Зеемана. Нормальный эффект
Зеемана наблюдается:
при переходах между синглетными термами (
);при переходах между уровнями
и
;при переходах между уровнями
и
,
поскольку
не
расщепляется, а
расщепляется
на три подуровня.
Расщепление связано с чисто орбитальным или чисто спиновым магнитным моментами. Это наблюдается в синглетах He и в группе щелочноземельных элементов, а также в спектрах Zn, Cd, Hg.
и
поляризация
наблюдаются при изменении проекции
магнитного момента на
и
,
соответственно.
Аномальный эффект Зеемана
Для
всех несинглетных линий спектральные
линии атома расщепляются на значительно
большее чем три количество компонент,
а величина расщепления кратна нормальному
расщеплению
.
В случае аномального эффекта величина
расщепления сложным образом зависит
от квантовых чисел
.
Как указано ранее, приобретенная
электроном в магнитном поле дополнительная
энергия
пропорциональна
—
фактору,
который называют множителем
Ланде
(гиромагнитный
множитель)
и который дается формулой
где L — значение орбитального момента атома, S — значение спинового момента атома, J — значение полного момента.
Впервые
этот множитель ввел Ланде.
Работы Ланде являлись продолжением
работ Зеемана, поэтому спектры, полученные
Ланде в магнитном поле, называют
аномальным
эффектом Зеемана.
Заметим, что эксперимент Зеемана сделан
при
,
то есть
,
поэтому никакой надобности в множителях
не возникало.
Таким
образом, вырожденный энергетический
уровень расщепляется на
равноотстояших
зеемановских подуровня (где
—
максимальное значение модуля магнитного
квантового числа
.
Спектр для нормального (слева) и аномального (справа) случаев.
Множитель Ланде — множитель в формуле для расщепления уровней энергии в магнитном поле, определяющий масштаб расщепления в относительных единицах.
Электронные оболочки атома и их заполнение. Принцип Паули. Правила Хунда.
Электронная оболочка атома — область пространства вероятного местонахождения электронов, характеризующихся одинаковым значением главного квантового числаn и, как следствие, располагающихся на близких энергетических уровнях. Число электронов в каждой электронной оболочке не превышает определенного максимального значения.
Порядок заполнения электронных оболочек (орбиталей с одинаковым значением главного квантового числа n) определяется правилом Клечковского, порядок заполнения электронами орбиталей в пределах одного подуровня (орбиталей с одинаковыми значениями главного квантового числа n и орбитального квантового числа l) определяется Правилом Хунда.
Электронные оболочки обозначаются буквами K, L, M, N, O, P, Q или цифрами от 1 до 7. Подуровни оболочек обозначаются буквами s, p, d, f, g, h, i или цифрами от 0 до 6. Электроны внешних оболочек обладают большей энергией, и, по сравнению с электронами внутренних оболочек, находятся дальше от ядра, что делает их более важными в анализе поведения атома в химических реакциях и в роли проводника, так как их связь с ядром слабее и легче разрывается.