1tom - 0050.htm

Множитель R_flt (г) г²Ление электронной электрон на оиредел
определяет радиальное распреде-плотпости-≈ вероятность найти расстоянии от ядра, рассчитан-
ную на единицу длины; множитель | Y_imf (ф, ф ² определяет угловое распределение электронной плотности
² ^а
зависимость . (г) г² от г и \Y_ilftl (ft, ф) 1^а от # (от квадрат модуля сферич. ф-ции не зависит, что приводит для состояния с заданным значением m_t к распределению электронной ii л отнести, обладающему аксиальной симметрией относительно выделенной оси).
Важным свойством состоянии водородогтодобного А. является независимость его энергии от I и яг_£. А, с определ. значением энергии может находиться в неск, Состояниях с разл. значениями I и т^ т. с. имеет место вырождение состояний (вырождение уровней энергии) А., прич╦м число состоянии с одинаковой Энергией наз. степенью или кратностью вырождения. Независимость анергии А, от щ (вырождение по mj) связана со сферич. симметрией А. ≈ энергия А. не зависит от значения проекции орбитального момента на произвольное направление, а независимость энергии от I (вырождение по 1} связана с тем, что электрон в атоме движется в кулоновском поле ядра.
Для объяснения пек-рых явлений (напр., топкой структуры в атомных спектрах) теоретически был введ╦н собств. .момент импульса электрона ≈ его спил (см. Дирака уравнение), существование к-рого подтвердилось экспериментально Штерна ≈ Герлаха, опытом. Со спином электрона связан спиновый маги, момент электрона, Проекция спинового момента М _szэлектрона в А. на произвольную ось z определяется ыагн. спиновым (наз. также просто спиновым) кванто-
M возможны
m
_s.
при
два разл. Полная
Т. о.,
состояния А., кратность вы-
вым числом т_£Заданных I и / отличающихся значениями rn_s, рождения по I) т_г и m,_s равна zn*,
Для уровней энергии с п S? 2 вырождение снимается вследствие влияния спина па орбитальное движение электрона в А. ~ спин-орбитального взаимодействия≈ магн. взаимодействия магн. спинового момента электрона с его орбитальным магн. моментом, возникающим в результате орбитального движения электрона. Снятие вырождения приводит к расщеплению уровней энергии ≈появлению их тонкой структуры. Состояния А, характеризуются в этом случае полным моментом импульса Л/у ≈ Д/^-Д/^. Величина А/₇ определяется квантовым числом полного момента/ = Z -_: ¹/₂(иногда для него употребляют старый термин ≈ внутр. Квантовое число). В результате получается 2« ≈ 1 состояний, отличающихся значениями I и у. При а=1, 2, 3 получаются состоянии:
л=1
5 =
S ≈


1	. 1
	^J 2	.∙ 2
	. 1
2	1⁼ ≈	" Vi
	1 . 1	2'Р?, / 2
	и	2^>?_/f
	. 1 /=≈	3²S_tf ∙ 2
L-I	'-'
	/ ._ 1	02П°
1	J '~ ^	12
г	\ ∙ ³	w°
	V~ ^	∙∙ г
1	/ . 3 '=т	³'"v.
	1 ∙ ⁵
		3 D& '
	^/=Т	, г

(обозначения в последнем столбце см. в ст. А-тамныс спектры).
Решение ур-ний квантовой механики с уч╦том спина електроиа (релятивистская квантовая механика) при-
водит к изменению выражения для энергии добавляется величина
3
4 п ' ≈
к ней
\
постоянная. Заии-
где о, йз^ргт≈ тонкой структуры,
симость Д£└/ от / приводит к расщеплению уровня энергии с заданным п на /i подуровней. От I поправка Д£_п/ не зависит, т. е. энергии состояний с одинаковыми /, но разными I должны быть равны. Величина расщепления уровней равна:

Множитель а² к 1/18800, поэтому расщепление мало; так, для А. водорода при « ≈ 2 величина 6/+],/ получается равной 4_т5-10~^а эВ. С увеличением Z абс. величина расщепления очень быстро раст╦т (как Z⁴, относит, неличина расщепления 6y._Tli // | &,_t/ ] ~ ╧}∙
Исследования тонкой структуры спектральных линий и особенно непосредстн. измерение расщепления уровней энергии А, водорода и гелия методами радио-спектроскопии с большой точностью подтвердили теоретически полученное выражение для б_;- ₊ ₁₎ j. Опыт показал, что кроме расщепления наблюдается сдвиг уровней энергии ≈ квантовый эффект, связанный с реакцией излучения. Наиб, точное определение сдвига уровнен Л. водорода, полученное методами радиоспектроскопии, показало, что расхождение опыта с теорией меньше ОД°/₀.
Наряду с тонкой наблюдается сверхтонкая структура уровней энергии, обусловленная взаимодействием магн. моментов электрона с магн. моментом ядра (см. Ядро атомное), а также изотолич. смещение, связанное с различием масс ядер изотопов одного элемента. Нек-рое искажение сверхтонкой структуры возникает вследствие влияния квадруполъного электрич, момента ядра. Изучение всех этих малых эффектов спектросколич. методами позволяет определять свойства и структуру атомных ядер. Для атома водорода сверхтонкая структура наблюдается и для основного уровня энергии (п≈ 1, I≈0; тонкая структура в этом случае отсутствует); это объясняется взаимодействием полного электронного момента атома Мj со спиновым моментом ядра (протона). При переходе между двумя появляющимися подуровнями сверхтонкого расщепления основного уровня водорода возникает излучение с длиной волны K = 2i см, наблюдаемое для межзв╦здного водорода.
Кваитовомеханичиекая теория сложных атомов. Строение и свойства А., содержащих 2 и более электронов, значительно отличаются от теории водородоподобных атомов. Это объясняется прежде всего том, что возникает необходимость уч╦та взаимодействий электронов друг с другом: злектростатич. отталкивание и магн. взаимодействия спиновых и орбитальных магн. моментов электронов. Электростатич. взаимодействия электроном в А. велики по сравнению с магнитными. Они ослабляют прочность связи электронов с , для А. гелия и гелиеиодобных ионов . . .) потенциальная энергия электронов
∙ Л т > 1 f> ) ∙
значительно ядром. Так,
I f.l.- JS. , С
где г_г и г₂ ≈ расстояния 1-го п 2-го электронов от
ядра.
расстояние г₁₂ Между электронами определяет
энергию их взаимодействия (е²/г₁₂), играющую весьма существ, роль; напр., энергия снязи электрона в Не"*" равна 54,40 эВ, а энергия связи двух электронов в А. гелия в осн. состоянии ≈ 78,98эВ, т. е. меньше удвоен* ной энергии связи одного электрона в Не ⁺ , что объясняется отталкиванием электронов в Не.
о
149
∙flttl
") }