Разделяне - енергийни нива - електрон - Голямата енциклопедия на нефта и газа, статия,

Разцепване – енергийни нива – електрон

Разделянето на енергийните нива на електрона е увеличаване на броя на енергийните нива в резултат на въздействието на магнитно поле върху система с несдвоени електрони. [1]

Взаимодействието на голям брой атоми предизвиква изместване и разделяне на енергийните нива на електроните. [2]

Разгледаният пример помага да се разбере горното явление на разделянето на енергийните нива на електроните в молекулата на водорода. Когато два водородни атома се приближат един към друг, и двата електрона, движещи се около двете ядра, могат да се разглеждат като един вид единна система от свързани електрони. Получените резултати са от общ характер. Въпреки това, за атоми, съдържащи Z електрони и взаимодействащи един с друг, забележимо разделяне на енергийните нива възниква само за външни, валентни електрони. За тези електрони същите квантово-механични ефекти, които бяха обсъдени по-горе във връзка с водородната молекула, се оказват значими. [3]

Разделянето на спектралните линии се обяснява с факта, че има разделяне на енергийните нива на електрона във възбудени състояния. Фината структура на спектралните линии, тяхното разцепване, е свързано с фината структура, разцепването на възбудените енергийни нива на електрона в атома. [4]

По подобен начин стойността на SB е единица за измерване на разделянето на енергийните нива на електроните в атомите в магнитно поле. Тази стойност, равна на разделянето на нивото m 1 поради орбиталния магнитен момент на електрона, се нарича стойност на нормалното разделяне. [5]

Взаимодействието между приложеното магнитно поле и магнитния момент на електрона води до разцепване на енергийните нива на електрона, т.е. до таканаречен ефект на Зееман. За електрони в полупроводници като GaAs, Zeeman разделянето на електронното енергийно ниво, причинено от магнитното поле, може да бъде значително намалено в резултат на спин-орбиталното взаимодействие. [6]

Всичко казано в този и предходните параграфи е вярно не само за металите, но и за други видове твърди вещества. Наистина, разделянето на енергийните нива на електроните и образуването на енергийни ленти се дължи на факта, че атоми или други частици, разположени във възлите на кристалната решетка, взаимодействат помежду си и създават периодично електрическо поле вътре в тялото. В § 76.1 вече беше посочено, че дори когато неутралните атоми или молекули са разположени във възлите на кристалната решетка, техните ядра и електрони също създават електрическо поле, което е особено силно в непосредствена близост до възлите на решетката. По този начин, в случай на всяко твърдо тяло, състоящо се от частици (йони, атоми или молекули), подредени в решетка, се образува лентова структура от електронни енергийни нива, има лентов енергиен спектър. [7]

В твърдо вещество (кристал) съседните атоми са разположени толкова близо един до друг, че между тях възниква взаимодействие. В същото време не само ядрото на собствения си атом влияе върху електроните; те също се влияят от ядрата на съседните атоми, в резултат на което се променя характерът на движението на електроните. Взаимодействието на много атоми причинява изместване и разделянеенергийни нива на електрони. [9]

Методите на магнитния резонанс, разгледани в § 14.10, в момента се използват широко за измерване на магнитните моменти на ядрата. Магнитният резонанс, причинен от магнитните моменти на ядрата, се изучава както по метода на молекулярния лъч, така и по метода на абсорбцията на радиочестотно лъчение. Въпреки това, за разлика от метода на електронния парамагнитен резонанс, при ядрения парамагнитен резонанс селективното поглъщане на електромагнитно излъчване от вещество се дължи на преходите на неговите ядра между различни енергийни поднива. Факт е, че магнитният момент на ядрото във външно постоянно и равномерно поле претърпява пространствено квантуване. В § 14.9, когато разглеждахме ефекта на Zeeman, показахме, че резултатът от действието на магнитно поле върху атома и свързаното с него пространствено квантуване е разделяне на енергийните нива на електроните. Изследването на резонансните честоти позволява да се определи структурата на енергийните нива на различни ядра. Честотите на ядрения парамагнитен резонанс при същата стойност на силата H на постоянно магнитно поле са по порядъка на величината tsv / W - 104 пъти по-малки от честотите на електронния парамагнитен резонанс и са в областта 10 - 106 s 1 за често използвани полета. ЯМР също определя химичния състав на дадено вещество. Това се основава на факта, че ЯМР честотите са много чувствителни към най-малките промени в магнитното поле. По-специално, магнитното поле, създадено от електронната обвивка на атома, измества честотата на ЯМР. В зависимост от химическата връзка между атомите, определена от свойствата и структурата на техните електронни обвивки, това химическо изместване при ядрен резонанс се оказва различно, което позволява да се установи вида на химическото съединение. [10]

За измерване на магнитнимоменти на ядра, методите на магнитния резонанс, обсъдени в § 14.10, сега се използват широко. Магнитният резонанс, свързан с магнитните моменти на ядрата, се изследва както чрез метода на молекулярния лъч, така и чрез метода на абсорбция на радиочестотно лъчение. Въпреки това, за разлика от метода на електронния парамагнитен резонанс, при ядрения парамагнитен резонанс селективното поглъщане на електромагнитно излъчване от веществото е свързано с преходи на неговите ядра между различни енергийни поднива. Факт е, че магнитният момент на ядрото във външно постоянно и равномерно поле претърпява пространствено квантуване. В § 14.9, когато разглеждахме ефекта на Zeeman, показахме, че резултатът от действието на магнитно поле върху атома и свързаното с него пространствено квантуване е разделяне на енергийните нива на електроните. Изследването на резонансните честоти позволява да се определи структурата на енергийните нива на различни ядра. [единадесет]

Изчисленията показват, че за независимостта на заряда на ядрените сили е необходимо взаимодействието на нуклоните със заредени n - - мезони да бъде еднакво независимо от знака на заряда на мезона. Ако нямаше електромагнитни взаимодействия в ядрото и единственото взаимодействие би било n-мезонът, ядреното взаимодействие, тогава независимостта на заряда на ядрените сили би довела до същите стойности на масите на нуклоните (протон и неутрон) и същите стойности на масите на всички n-мезони. Разликата в масите на нуклоните и съответно на π-мезоните възниква поради наличието, освен ядрено, и на електромагнитно взаимодействие, дължащо се на заряда на частиците. Енергиите на взаимодействащите заредени частици са различни от енергиите на неутралните частици. В резултат на това останалите маси на заредени и неутрални частици се оказват различни. Също като отчитане на влияниетоспинът върху енергията на електроните в атома води до разделяне на енергийните нива на електроните (виж § 14.7), като се вземат предвид добавките на електромагнитното взаимодействие към ядреното води до факта, че двойното състояние на нуклона (протон-неутрон) се разделя на две различни състояния по отношение на масите на покой - масите на частиците n1 и jp1 се оказват различни. [12]

Изчисленията показват, че за независимостта на заряда на ядрените сили е необходимо взаимодействието на нуклоните със заредените р-мезони да бъде еднакво независимо от знака на заряда на мезона. Ако нямаше електромагнитни взаимодействия в ядрото и единственото взаимодействие би било n-мезонът, ядреното взаимодействие, тогава независимостта на заряда на ядрените сили би довела до същите стойности на масите на нуклоните (протон и неутрон) и същите стойности на масите на всички n-мезони. Разликата в масите на нуклоните и съответно π-мезоните възниква поради наличието, в допълнение към ядреното, на електромагнитно взаимодействие, дължащо се на заряда на частиците. Енергията на взаимодействащите заредени частици е различна от енергията на неутралните частици. В резултат на това останалите маси на заредени и неутрални частици се оказват различни. Точно както отчитането на влиянието на спина върху енергията на електроните в атома води до разделяне на енергийните нива на електроните (виж § 14.7), отчитането на добавките на електромагнитното взаимодействие към ядреното води до факта, че двойното състояние на нуклона (протон-неутрон) се разделя на две различни състояния по отношение на масите на покой - масите на частиците n и p се оказват различни. [13]

Изчисленията показват, че за независимостта на заряда на ядрените сили е необходимо взаимодействието на нуклоните със заредените р-мезони да бъде еднакво независимо от знака на заряда на мезона. Ако нямаше електромагнитни взаимодействия в ядрото иединственото взаимодействие би било n-мезонът, ядреното взаимодействие, тогава независимостта на заряда на ядрените сили би довела до еднакви стойности на масите на нуклоните (протон и неутрон) и същите стойности на масите на всички n-мезони. Разликата в масите на нуклоните и съответно на n-мезоните възниква поради наличието, в допълнение към ядреното, на електромагнитно взаимодействие, дължащо се на заряда на частиците. Енергията на взаимодействащите заредени частици е различна от енергията на неутралните частици. В резултат на това останалите маси на заредени и неутрални частици се оказват различни. Точно както отчитането на влиянието на спина върху енергията на електроните в атома води до разделяне на енергийните нива на електроните (виж § 14.7), отчитането на добавките на електромагнитното взаимодействие към ядреното води до факта, че двойното състояние на нуклона (протон-неутрон) се разделя на две различни състояния по отношение на масите на покой - масите на частиците J / r и 1p се оказват различни. [14]