химический каталог




ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ, расщепление уровней энергии квантовой системы в магн. поле (снятие вырождения). Проявляется как расщепление спектральных линий атомов, молекул, кристаллов при квантовых переходах между возникшими подуровнями. Величина расщепления (расстояние между подуровнями) зависит от напряженности Н внешний магн. поля. Как правило, в области, занимаемой атомом или молекулой, Н меняется настолько мало, что магн. поле может считаться однородным. Энергия Е0 квантовой системы в однородном магн. поле меняется на величину:

W = - m H - 1/2H c H - ...,

где m - магнитный момент системы, c - тензop магн. восприимчивости, определяющий наведенный (индуцируемый) магн. момент m инд = 1/2 c Н. В выражении для поправки W к энергии Е0 записаны только первый и второй члены разложения по Н; соответственно говорят о 3. э. первого и второго порядков. Зеемановские подуровни (компоненты зеемановского мультиплета) с энергиями (Е0 + Wi) соответствуют различные проекциям магн. моментов m и m инд на направление поля H (проекции нумеруются индексом i). При малых напряженностях однородного магн. поля, например Нz, направленного вдоль оси z, для расчета 3. э. достаточно ограничиться первым порядком возмущений теории. Для атома в состоянии с отличным от нуля полным моментом кол-ва движения J = L + S (L - орбитальный, S -спиновый моменты кол-ва движения) энергия различные зеемановских подуровней определяется проекциями электронного магн. момента и рассчитывается по формуле:

WJz = m БgJzJzHz (1)

где m Б - магнетон Бора, Jz - проекция полного момента на направление поля (Jz = -J, -J + 1,..., J), gJz - электронный g-фактор Ланде, равный:

(ge = 2,0023 - так называемой g-фактор свободный электрона). При больших напряженностях Hz, когда зеемановское расщепление превосходит по величине расщепление, обусловленное спинорбитальным взаимодействием, формула (1) заменяется следующей:

WLz,Sz = m Б(Lz + 2Sz)Hz (2)

Здесь Lz= -L, -L+1,...,L; Sz = -S, -S+1,...,S. В этом случае обычно говорят об эффекте Пашена-Бака. Величина расщепления, обусловленного электронным магн. моментом, составляет при Hz ~ 1 Тл величину ~0,5gJ - 1, т. е. 0,5-1 см - 1. Частоты переходов между зеемановскими подуровнями лежат в микроволновом диапазоне (1 см - 1 ~ 30000 МГц). Так, электронный переход 1S : 1Р у Mg в отсутствие магн. поля проявляется как линия с частотой 35061,6 см - 1, а в магн. поле напряженности Нz ~ 2 Тл - как три линии с расстоянием между соседними линиями ~1 см - 1. У молекул возможны различные проявления 3. э. в зависимости от того, какие составляющие ее магн. момента играют при этом определяющую роль. Так, для многоатомных молекул, не обладающих сферич. или осевой симметрией, в конденсир. фазе среднее значение орбитального момента кол-ва движения электронов близко к нулю, вращение молекулы как целого также отсутствует. Для таких молекул магн. момент определяется суммарным спином S электронов: если S 0, то имеются неспаренные электроны (частицы парамагнитны). Расщепление на зеемановские подуровни определяется величиной WS(1) ~ ge m БmSHz, где mS = -S, -S + 1,..., S - проекция спина на направление поля. Если в молекуле имеются ядра со спинами I a , происходит дополнительной расщепление уровней WS(1) обусловленное ядерными магн. моментами и определяемое оператором вида — , где m 0 - ядерный магнетон (примерно в 2000 раз меньший m Б), g a - ядерный g-фактор (равный, например, 5,5854 для 1Н и 0,8574 для 2Н), sa - константа магн. экранирования ядра а электронами молекулы. При действии на систему переменного электромагн. поля с частотой, отвечающей разности энергий между соответствующими зеемановскими подуровнями, происходит резонансное поглощение энергии электромагн. поля - электронный парамагнитный резонанс. Указанные малые поправки, обусловливающие расщепление подуровней WS(1) за счет взаимодействие магн. моментов ядер с полем, приводят к появлению в спектрах ЭПР сверхтонкой структуры. Взаимод. неспаренных электронов с магн. моментами ядер ионов, окружающих парамагн. частицу в кристалле, также приводит к дополнительной расщеплению зеемановских подуровней (суперсверхтонкая структура спектра ЭПР). Для диамагн. многоатомных молекул, у которых L = 0 и S = 0, расщепление в магн. поле на зеемановские подуровни определяется прежде всего магн. моментами ядер (с учетом экранирования sa ). Спектр поглощения электромагн. излучения в этом случае называют спектром ядерного магнитного резонанса. Дополнительное, более слабое расщепление, характеризующее тонкую структуру зеемановских подуровней и спектра ЯМР, связано с взаимодействие магн. моментов ядер между собой, т. е. с ядерным спин-спиновым взаимодействием. Величины расщеплений в спектрах ЯМР значительно меньше, чем в случае 3. э., обусловленного электронным магн. моментом, прежде всего из-за соотношения m 0 и m Б. Молекулы в газовой фазе обладают вращательное моментом кол-ва движения R. В магн. поле возникает расщепление вращательное уровней, определяемое взаимодействие с полем вращательное магн. момента молекулы m 0gR, где g - мол. g-фактор (в общем случае тензор второго ранга). Компоненты мол. g-фактора для нейтральных молекул обычно очень малы; так, для линейной молекулы (ось молекулы - ось z) F - C=C - H gzz = 0, gхх = gуу = - 0,0077 b 0,0002, для молекулы CH3F (ось симметрии - ось z) gzz = + 0,310, gхх = gуу = - 0,061 b 0,002. Расщепление вращательное уровней в магн. поле и связанная с ним тонкая структура вращательное спектров позволяют определять мол. g-факторы. Для молекул в газовой фазе 3. э. второго порядка, связанный с их магн. восприимчивостью c , дает информацию об анизотропии магн. восприимчивости, что, совместно с данными по молекулярным g-факторам и моментам инерции, позволяет вычислять компоненты электрич. квадрупольного момента молекул и устанавливать знак их постоянного дипольного момента. Анализ эксперим. данных по 3. э. первого и второго порядков приводит также к независимому определению диа- и парамагнитной составляющих магнитной восприимчивости молекул. Впервые 3. э. наблюдал П. Зееман в 1896 при исследовании свечения паров натрия в магн. поле.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
belimo lmv-d3-mp
где убрать вмятину машине
http://www.kinash.ru/etrade/detail/4117/71010.html
дочки-матери

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(18.08.2017)