Часть 5.
Таким образом, в общих чертах закономерности спектров щелочных металлов можно объяснить, пользуясь формулой (16). Но одна особенность не может быть, объяснена в рамках указанных представлений. Особенность эта состоит в том, что ряд линий спектра расщепляется и представляет собой не одиночные линии, а дублеты (двойные линии). Хорошо известен яркий дублет желтой линии натрия. Длины волн линий дублета отличаются на , . Соответствующие линии расщеплены и в спектрах остальных металлов, причем с ростом атомного номера расстояние между компонентами дублета увеличивается.
Под давлением экспериментальных фактов Уленбек и Гадсмит выдвинули гипотезу о том, что электрон обладает собственными механическим и магнитным моментами. Если бы электрон можно было представить в виде шарика, то это означало бы, что шарик вращается. Он обладает механическим моментом импульса. Вращение зарядов обусловило бы появление магнитного момента. Отсюда название нового свойства электрона – спин (от английского слова – веретено).
Подобно всякому моменту в физике микрочастиц, спиновой момент импульса и его проекция на ось – (причем и аналогичны и ) квантуются согласно формулам
Дублетность расщепления спектральных линий означает, что существуют всего два энергетических уровня, т.е.
Таким образом, спиновое квантовое число ( в отличие от орбитального) полу-целое и неизменное. Проекция на ось принимает два значения (т.к. разность значений , как и , всегда целая, и ).
Д
Некоторые физические постоянные необходимые для расчетов
– постоянная Планка
– масса электрона
– заряд электрона
– коэффициент пересчета энергии электрона.
Задания и указания к выполнению.
Задние 3. Рассчитать (при подготовке к работе) по формуле (8) энергии первых 10 уровней атома водорода. Результаты представить графически в масштабе 1эВ на 20мм
По графику найти переходы, сопровождаемые излучением в видимой области спектра.
Задание 6. Пользуясь формулой (16) и поправками на квантовый дефект рассчитать (при подготовке к работе) точные значения уровней атома для ; .
Полученные значения изобразить графически (рекомендуется масштаб: 1эВ – 50мм). Найти переходы сопровождаемые излучение в видимой области спектра. Определить по схеме, каким переходам соответствуют спектральные линии, имеющие дублетное расщепление. По величине расщепления, используя соотношение (6) рассчитать разность энергий электрона с для желтого дублета.
Для получения зачета необходимо.
Уметь ответить на контрольные вопросы:
-
В чем смысл квантовых чисел?
-
Каков физический смысл квантового дефекта?
-
Каков физический смысл волновой функции?
-
В чем заключается правила отбора?
-
Объяснить причину дублетного расщепления.
-
Почему не применима теория водородоподобного атома к гелию?
-
Какие процессы происходят в газоразрядной трубке при ее свечении?
-
Зависит ли энергия электрона от квантовых чисел и ?