Skip to main content
Global

30.7: Sampuli katika Spectra zinaonyesha Upimaji Zaidi

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    182941

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza

    Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

    • Hali na kujadili athari Zeeman.
    • Eleza uwanja wa magnetic orbital.
    • Eleza kasi ya angular ya orbital.
    • Kufafanua quantization nafasi.

    Vipimo vya azimio la juu vya spectra ya atomiki na Masi huonyesha kwamba mistari ya spectral ni ngumu zaidi kuliko ya kwanza kuonekana. Katika sehemu hii, tutaona kwamba utata huu umetoa taarifa mpya muhimu kuhusu elektroni na njia zao katika atomi.

    Ili kuchunguza substructure ya atomi (na kujua kwamba mashamba magnetic yanaathiri mashtaka ya kusonga), mwanafizikia wa Uholanzi Hendrik Lorentz (1853—1930) alipendekeza kuwa mwanafunzi wake Pieter Zeeman (1865—1943) anajifunza jinsi spectra inaweza kuathiriwa na mashamba magnetic. Nini walipata kujulikana kama athari Zeeman, ambayo kushiriki mistari spectral kuwa umegawanyika katika mistari mbili au zaidi tofauti chafu na shamba nje magnetic, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Kwa uvumbuzi wao, Zeeman na Lorentz walishiriki Tuzo ya Nobel ya 1902 katika Fizikia.

    Takwimu inaonyesha athari za shamba la magnetic kwenye mistari ya spectral. Katika kesi ya kwanza, mistari miwili ya spectral huonyeshwa wakati hakuna shamba la nje la magnetic. Katika kesi ya pili, wakati shamba la magnetic linatumiwa, mistari ya spectral imegawanyika katika mistari kadhaa; mstari upande wa kushoto umegawanyika katika mistari mitatu. Mstari juu ya haki hugawanyika katika tano. Katika kesi ya tatu, shamba la magnetic ni kubwa. Mstari wa kushoto umegawanyika tena katika mistari mitatu na haki ndani ya tano, lakini mistari ya kupasuliwa ni mbali zaidi kuliko ilivyo wakati shamba la nje la magnetic sio nguvu.
    Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Athari ya Zeeman ni kugawanyika kwa mistari ya spectral wakati shamba la magnetic linatumika. Idadi ya mistari inayotengenezwa inatofautiana, lakini kuenea ni sawa na nguvu ya shamba lililotumiwa. (a) Mistari miwili ya spectral isiyo na shamba la nje la magnetic. (b) Mstari umegawanyika wakati shamba linatumika. (c) Kugawanyika ni kubwa wakati shamba lenye nguvu linatumika.

    Zeeman splitting ni ngumu. Baadhi ya mistari imegawanyika katika mistari mitatu, baadhi ya tano, na kadhalika. Lakini kipengele kimoja cha jumla ni kwamba kiasi cha mistari ya mgawanyiko hutenganishwa ni sawa na nguvu za shamba zilizowekwa, kuonyesha mwingiliano na malipo ya kusonga. Kugawanyika kunamaanisha kuwa nishati ya quantized ya obiti inathiriwa na shamba la nje la magnetic, na kusababisha obiti kuwa na nguvu kadhaa za kipekee badala ya moja. Hata bila shamba la nje la magnetic, vipimo sahihi sana vilionyesha kuwa mistari ya spectral ni mara mbili (imegawanywa katika mbili), inaonekana na mashamba ya magnetic ndani ya atomi yenyewe.

    Takwimu inaonyesha elektroni kusafiri katika obiti mviringo na radius r. uwanja magnetic B ndogo orb ni oriented chini na orbital angular kasi L ndogo orb ni oriented pamoja mstari huo lakini zaidi, katika mwelekeo kinyume B ndogo orb.
    Kielelezo\(\PageIndex{2}\): picha ya takriban ya elektroni katika obiti ya mviringo inaonyesha jinsi kitanzi cha sasa kinazalisha shamba lake la magnetic, linaloitwa\(B_{orb}\). Pia inaonyesha jinsi\(B_{orb}\) ilivyo kwenye mstari sawa na kasi ya angular ya orbital\(L_{orb}\).

    Nadharia ya Bohr ya mizunguko ya mviringo ni muhimu kwa kutazama jinsi obiti ya elektroni inavyoathiriwa na shamba la magnetic. Obiti ya mviringo huunda kitanzi cha sasa, ambacho kinajenga shamba la magnetic yenyewe,\(B_{orb}\) kama inavyoonekana kwenye Kielelezo\(\PageIndex{2}\). Kumbuka kuwa uwanja wa magnetic wa orbital\(B_{orb}\) na kasi ya angular ya\(L_{orb}\) orbital iko kwenye mstari huo. Shamba la nje la magnetic na uwanja wa magnetic wa orbital huingiliana; wakati unahitajika kuunganisha. Wakati unaozunguka mfumo kwa njia ya pembe fulani hufanya kazi ili kuna nishati inayohusishwa na mwingiliano huu. Hivyo, orbits katika pembe tofauti kwa uwanja wa nje wa magnetic una nguvu tofauti. Nini ni ajabu ni kwamba nguvu ni quantized-shamba magnetic kugawanya mistari spectral katika mistari kadhaa discrete ambayo ina nguvu tofauti. Hii ina maana kwamba pembe fulani tu zinaruhusiwa kati ya kasi ya angular ya orbital na shamba la nje, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\).

    Sehemu ya nje ya magnetic pamoja na wima z-axis inavyoonyeshwa. Mistari kadhaa ya spectral huonyeshwa inayotoka kwenye hatua sawa kwenye mhimili wa z-ambayo inawakilisha kasi ya angular ya orbital.
    Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Pembe fulani pekee zinaruhusiwa kati ya kasi ya angular ya orbital na shamba la nje la magnetic. Hii inamaanisha ukweli kwamba athari ya Zeeman inagawanya mistari ya spectral katika mistari kadhaa ya kipekee. Kila mstari unahusishwa na angle kati ya shamba la nje la magnetic na mashamba ya magnetic kutokana na elektroni na njia zao.

    Tayari tunajua kwamba ukubwa wa kasi ya angular ni quantized kwa njia za elektroni katika atomi. Ufahamu mpya ni kwamba mwelekeo wa kasi ya angular orbital pia hupimwa. Ukweli kwamba kasi ya angular ya orbital inaweza kuwa na maelekezo fulani tu inaitwa quantization ya nafasi. Kama mambo mengi ya mechanics quantum, hii quantization ya mwelekeo ni kabisa zisizotarajiwa. Kwa kiwango cha macroscopic, kasi ya angular ya orbital, kama ile ya mwezi kote duniani, inaweza kuwa na ukubwa wowote na kuwa katika mwelekeo wowote.

    Image a inaonyesha mtazamo uliotukuzwa wa mistari miwili ya spectral. Mtazamo uliotukuzwa unaonyesha kwamba mistari hii ya spectral ni mara mbili, ambayo ina maana mistari miwili inayofanana kuwekwa pamoja. Katika picha b muundo ambao mawimbi ya makini yanapanua nje inavyoonyeshwa.
    Kielelezo\(\PageIndex{4}\): muundo mzuri. Baada ya uchunguzi wa karibu, mistari ya spectral ni mara mbili, hata kwa kutokuwepo kwa shamba la nje la magnetic. Electroni ina shamba la magnetic la ndani linaloingiliana na shamba lake la magnetic orbital.

    Matibabu ya kina ya upimaji wa nafasi yalianza kueleza baadhi ya matatizo ya spectra atomiki, lakini mifumo fulani ilionekana kuwa imesababishwa na kitu kingine. Kama ilivyoelezwa, mistari spectral ni kweli karibu spaced doublets, tabia inayoitwa muundo mzuri, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{4}\). Doublet inabadilika wakati shamba la magnetic linatumiwa, linamaanisha kuwa chochote kinachosababisha doublet kinaingiliana na shamba la magnetic. Mwaka wa 1925, Sem Goudsmit na George Uhlenbeck, wanafizikia wawili wa Kiholanzi, walifanikiwa kusema kuwa elektroni zina mali zinazofanana na malipo ya macroscopic inayozunguka kwenye mhimili wake. Electroni, kwa kweli, zina kasi ya ndani au ya ndani inayoitwa spin ya ndani\(S\). Kwa kuwa elektroni zinashtakiwa, spin yao ya ndani inajenga shamba la magnetic la ndani\(B_{orb}\), ambalo linaingiliana na shamba lao la magnetic orbital\(B_{orb}\). Zaidi ya hayo, electron intrinsic spin ni quantized katika ukubwa na mwelekeo, sawa na hali ya orbital angular kasi. Spin ya elektroni inaweza kuwa na ukubwa mmoja tu, na mwelekeo wake unaweza kuwa moja tu ya pembe mbili kuhusiana na shamba magnetic, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{5}\). Tunarejelea hili kama spin up au spin chini kwa elektroni. Kila mwelekeo wa spin una nishati tofauti; kwa hiyo, mistari ya spectroscopic imegawanywa katika mbili. Doublets ya spectral sasa inaeleweka kama kuwa kutokana na spin ya elektroni.

    Picha inaonyesha kesi mbili za uwanja wa magnetic wa ndani wa elektroni kutokana na spin yake. Katika kesi ya kwanza, mzunguko wa mviringo unaonyeshwa na uwanja wa nje wa magnetic katika mwelekeo wa wima na mwelekeo wa shamba la ndani la magnetic la elektroni kutokana na spin yake ni juu kwa pembe ya hamsini na nne uhakika digrii saba na mhimili wima. Katika kesi ya pili, mzunguko wa mviringo unaonyeshwa na shamba la nje la magnetic katika mwelekeo wa wima na mwelekeo wa uwanja wa ndani wa magnetic wa elektroni kutokana na spin yake ni chini kwa pembe ya hamsini na nne uhakika digrii saba na mhimili wima.
    Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Sehemu ya magnetic ya ndani\(B_{orb}\) ya elektroni inahusishwa na spin yake\(S\), takribani picha kuwa kutokana na malipo yake inazunguka kwenye mhimili wake. Huu ni mfano usiofaa tu, kwani elektroni zinaonekana kuwa hazina ukubwa. Sehemu ya magnetic na ya ndani ya elektroni inaweza kufanya moja tu ya pembe mbili na shamba lingine la magnetic, kama vile lililoundwa na mwendo wa orbital wa elektroni. Nafasi ni quantized kwa spin kama vile kwa orbital angular kasi.

    Hizi mbili mpya mawazo - kwamba mwelekeo wa kasi angular, kama orbital au spin, ni quantized, na kwamba elektroni na ndani spin kusaidia kueleza mengi ya matatizo ya atomiki na Masi spectra. Katika picha ya resonance ya magnetic, ni njia ambayo uwanja wa magnetic wa atomi za hidrojeni na kibaiolojia huingiliana na shamba la nje ambalo linalenga misingi ya uchunguzi.

    Muhtasari

    • Athari ya Zeeman - kugawanyika kwa mistari wakati shamba la magnetic linatumiwa-linasababishwa na vyombo vingine vya kupimwa katika atomi.
    • Wote ukubwa na mwelekeo wa kasi ya angular orbital ni quantized.
    • Vile vile ni kweli kwa ukubwa na mwelekeo wa spin ya ndani ya elektroni.

    faharasa

    Zeeman athari
    athari za mashamba ya nje ya magnetic kwenye mistari ya spectral
    spin ya ndani
    kasi ya ndani au ya ndani ya elektroni
    orbital angular kasi
    kasi ya angular ambayo inalingana na analog ya quantum ya kasi ya angular classical
    muundo mzuri
    kugawanyika kwa mistari ya spectral ya wigo wa hidrojeni wakati mistari ya spectral inachunguzwa kwa azimio la juu sana
    nafasi quantization
    ukweli kwamba kasi orbital angular inaweza kuwa na maelekezo fulani tu
    uwanja wa magnetic wa ndani
    uwanja wa magnetic yanayotokana kutokana na spin ya ndani ya elektroni
    orbital magnetic shamba
    shamba magnetic yanayotokana kutokana na mwendo orbital wa elektroni