Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ

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 внеш. 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 = - mH - 1/2HcH - ...,

где m - магнитный момент системы, c - тензop магн. восприимчивости, определяющий наведенный (индуцируемый) магн. момент mинд = 1/2cН. В выражении для поправки W к энергии Е0 записаны только первый и второй члены разложения по Н; соответственно говорят о Зеемана эффекте первого и второго порядков. Зеемановские подуровни (компоненты зеемановского мультиплета) с энергиями (Е0 + Wi) соответствуют разл. проекциям магн. моментов m и mинд на направление поля H (проекции нумеруются индексом i). При малых напряженностях однородного магн. поля, напр. Нz, направленного вдоль оси z, для расчета Зеемана эффекта 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 разл. зеемановских подуровней определяется проекциями электронного магн. момента и рассчитывается по ф-ле:

WJz = mБgJzJzHz (1)

где mБ - магнетон Бора, Jz - проекция полного момента на направление поля (Jz = -J, -J + 1,..., J), gJz - электронный g-фактор Ланде, равный:
161_180-1.jpg
(ge = 2,0023 - т. наз. g-фактор своб. электрона). При больших напряженностях Hz, когда зеемановское расщепление превосходит по величине расщепление, обусловленное спинорбитальным взаимодействием, ф-ла (1) заменяется следующей:

WLz,Sz = mБ(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 разл. проявления Зеемана эффекта 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 S0, то имеются неспаренные электроны (частицы парамагнитны). Расщепление на зеемановские подуровни определяется величиной WS(1) ~ gemБmSHz, где mS = -S, -S + 1,..., S - проекция спина на направление поля. Если в молекуле имеются ядра со спинами Ia, происходит дополнит. расщепление уровней WS(1) обусловленное ядерными магн. моментами и определяемое оператором вида 161_180-2.jpg , где m0 - ядерный магнетон (примерно в 2000 раз меньший mБ), ga - ядерный g-фактор (равный, напр., 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 взаимод. 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 дополнит. расщеплению зеемановских подуровней (суперсверхтонкая структура спектра ЭПР). Для диамагн. многоатомных молекул, у к-рых L = 0 и S = 0, расщепление в магн. поле на зеемановские подуровни определяется прежде всего магн. моментами ядер 161_180-3.jpg (с учетом экранирования sa). Спектр поглощения электромагн. излучения в этом случае наз. спектром ядерного магнитного резонанса. Дополнительное, более слабое расщепление, характеризующее тонкую структуру зеемановских подуровней и спектра ЯМР, связано с взаимод. магн. моментов ядер между собой, т. е. с ядерным спин-спиновым взаимодействием. Величины расщеплений в спектрах ЯМР значительно меньше, чем в случае Зеемана эффекта, обусловленного электронным магн. моментом, прежде всего из-за соотношения m0 и mБ. Молекулы в газовой фазе обладают вращат. моментом кол-ва движения R. В магн. поле возникает расщепление вращат. уровней, определяемое взаимод. с полем вращат. магн. момента молекулы m0gR, 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 вращат. уровней в магн. поле и связанная с ним тонкая структура вращат. спектров позволяют определять мол. g-факторы. Для молекул в газовой фазе Зеемана эффект 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 Зеемана эффекту первого и второго порядков приводит также к независимому определению диа- и парамагнитной составляющих магнитной восприимчивости молекул. Впервые Зеемана эффект наблюдал П. Зееман в 1896 при исследовании свечения паров натрия в магн. поле.
===
Исп. литература для статьи «ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ»: Эткинс П., Кванты. Справочник концепций, пер. с англ., М., 1977; Флайгер У., Строение и динамика молекул, пер. с англ., т. 1-2, М., 1982.
Н. Ф. Степанов.

Страница «ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

___

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн