Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Wykład 10 dr hab. Ewa Popko. Efekt Zeemana Umieszczenie atomu w polu magnetycznym: rozszczepienie linii widmowych.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Wykład 10 dr hab. Ewa Popko. Efekt Zeemana Umieszczenie atomu w polu magnetycznym: rozszczepienie linii widmowych."— Zapis prezentacji:

1 Wykład 10 dr hab. Ewa Popko

2 Efekt Zeemana Umieszczenie atomu w polu magnetycznym: rozszczepienie linii widmowych

3 Moment magnetyczny pętli prądowej Moment magnetyczny pętli, przez którą płynie prąd I.

4 N S N S Energia potencjalna Energia potencjalna w polu magnetycznym B zależy od momentu magnetycznego obiektu Jeśli B jest w kierunku osi z:

5 Efekt Zeemana e Orbitujące elektron zatacza pętlę prądową o promieniu r i powierzchni Średni prąd I jest równy średniemu ładunkowi, który przepływa w czasie równym okresowi obiegu T elektronu po pętli; T=2 r/v.

6 Efekt Zeemana magneton ohra

7 Efekt Zeemana Sąsiednie poziomy różnią się o wartość energii: Dla dowolnej pary liczb kwantowych (n, l) mamy (2l+1) stanów o tej samej energii E n i tej samej wartości samym momentu pędu. Elektrony w tych stanach różnią się wartością rzutu momentu pędu na oś z, czyli wartością magnetycznej liczby kwantowej m = -l, -l+1, …, -1, 0, 1, …, l-1, l. Umieszczenie atomu w polu magnetycznym znosi tą degenerację, następuje rozszczepienie poziomu E n na 2l+1 podpoziomów.

8 Poziomy energetyczne dla elektronów w atomie wodoru bez i w polu magnetycznym. Efekt Zeemana

9 Rozszczepienie stanów d

10 Reguły wyboru Foton niesie tylko jednostkę momentu pędu ( ). Dlatego dozwolone są przejścia optyczne takie, że l zmienia się o 1 zaś m l musi zmieniać się o 0 lub Linie ciągłe- przejścia dozwolone, przerywane – zabronione. Dziewięć linii daje tylko trzy różne energie przejść: E i -E f ; E i -E f + B; E i -E f - B

11 Moment magnetyczny elektronu Podobnie do momentu magnetycznego związanego z orbitalnym momentem pędu elektron posiada również własny moment magne- tyczny związany z własnym momentem pędu L s. gdzie g e jest stałą żyromagnetyczną elektronu. Dla elektronu swobodnego g e =2

12 Wartość własnego moment pędu elektronu : Liczba spinowa s = ½ s Własny moment pędu - spin Rzut własnego momentu pędu na wybraną oś

13 Własny moment magnetyczny elektronu LsLs

14 Elektron w polu magnetycznym

15 Stan elektronu charakteryzowany jest poprzez: energię, wartość momentu pędu, rzut momentu pędu oraz wartość rzutu własnego momentu pędu

16 Powłoki i podpowłoki Z przyczyn historycznych, o elektronach znajdujących się w stanach opisywanych tą samą główną liczbą kwantową n mówimy, że zajmują one tą samą powłokę. powłoki numerowane są literami K, L, M, … dla stanów o liczbach kwantowych n = 1, 2, 3, … odpowiednio. O stanach elektronowych opisywanych tymi samymi wartościami liczb n oraz mówimy, że zajmują te same podpowłoki. Podpowłoki oznaczane są literami s, p, d, f,… dla stanów o = 0, 1, 2, 3, … odpowiednio.

17 Powłoki i podpowłoki N max - maksymalna liczba elektronów na danej podpowłoce 2(2l+1) n powłoka podpowłoka 1K0s 2L0s L1p 3M0s M1p M2d 4 N N N N s p d f N max

18 Atom wieloelektronowy Atom zawierający więcej niż jeden elektron. Energie elektronu są teraz inne niż dozwolone energie w atomie wodoru. Związane jest to z odpychaniem pomiędzy elektronami. Zmienia to energię potencjalną elektronu. Dozwolone energie elektronu zależą od głównej liczby kwantowej n oraz w mniejszym stopniu od orbitalnej liczby kwantowej. Zależność od l staje się istotna dla atomów o dużej ilości elektronów. Każdy elektron zajmuje w atomie stan który jest opisany poprzez liczby kwantowe: n,, m, m s.

19 Struktura elektronowa atomu złożonego może być rozpatrywana jako kolejne zapełnianie podpowłok elektronami. Kolejny elektron zapełnia zajmuje kolejny stan o najniższej energii. O własnościach chemicznych atomów decydują elektrony z ostatnich podpowłok ( podpowłok walencyjnych) odpowiedzialnych za wiązania chemiczne. Zakaz Pauliego Ułożenie elektronów na kolejnych powłokach określone jest poprzez zakaz Pauliego : Elektrony w atomie muszą różnić się przynajmniej jedną liczbą kwantową tzn. nie ma dwu takich elektronów których stan opisywany byłby przez ten sam zestaw liczb kwantowych n,, m oraz m s.

20 Powłoki K, L, M N : Liczba dozwolonych stanów obrazuje stan o m s = +1/2 obrazuje stan o m s = -1/2 1s 2 2s 2 2p 2 1s 2 2s 2 2p 4 Węgie l Tlen Reguła Hunda- elektrony wypełniając daną podpowłokę początkowo ustawiają swoje spiny równolegle

21

22 Stan podstawowy atomu wieloelektronowego Od berylu do neonu (Z=4 do Z=10): podpowłoka 2s jest całkowicie zapełniona, kolejne elektrony muszą wypełniać podpowłokę 2p, która może przyjąć maksymalnie 6 elektronów. Konfiguracja od 1s 2 2s 2 2p do 1s 2 2s 2 2p 6 Od sodu do argonu (Z=11 do Z=18): podpowłoki K oraz L są całkowicie wypełnione, kolejne elektrony muszą wypełniać powłokę M (3s3p3d). Konfiguracja: 1s 2 2s 2 2p 6 3s,1s 2 2s 2 2p 6 3s 2, oraz od 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p do 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Atomy z Z>18: istotny udział energii odpychania, zmienia się kolejność zapełniania powłok; np. a) 19-ty electron potasu zapełnia 4s 1 a nie podpowłokę 3d b) 20-ty electron wapnia zapełnia 4s 2 a nie podpowłokę 3d

23 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 6d 10 5f 14 Konfiguracja elektronowa - kolejność zapełniania orbit

24 Całkowity moment pędu elektronu - J W atomie każdy elektron posiada orbitalny moment pędu L oraz własny moment pędu L S. Oba momenty dają wkład do całkowitego momentu pędu elektronu - J. W przypadku atomów z I grupy układu okresowego mamy całkowicie zapełnione wewnętrzne powłoki, a na zewnętrznej znajduje się tylko jeden elektron. Dotyczy to również jonów takich jak He +, Be +, Mg +, …, B 2+, Al 2+, …, które mają również tylko jeden elektron na zewnętrznej powłoce. +11 jest zastąpiony przez +1 Wówczas

25 Przykład: l = 1, s = ½ j = 3/2j = 1/2 Całkowity moment pędu elektronu - J Przypadek gdy możliwe dwie wartości j :

26 Eksperyment Sterna-Gerlacha

27 Diamagnetyzm i paramagnetyzm. Diamagnetyki Powłoki całkowicie wypełnione elektronami, Całkowity moment magnetyczny równy zero Gaz szlachetny - He, Ne, Ar….. Gaz dwuatomowy - H 2, N 2 ….. Ciała stałe o wiązaniach jonowych - NaCl(Na+, Cl-)… Związki o wiązaniach kowalencyjnych - C(diament), Si, Ge….. Większość materiałów organicznych

28 . Paramagnetyki Powłoki nie są całkowicie wypełnione elektronami, Całkowity moment magnetyczny różny od zera Diamagnetyzm i paramagnetyzm Składowa w kierunku pola magnetycznego


Pobierz ppt "Wykład 10 dr hab. Ewa Popko. Efekt Zeemana Umieszczenie atomu w polu magnetycznym: rozszczepienie linii widmowych."

Podobne prezentacje


Reklamy Google