Характеристические рентгеновские спектры

Известно, что тормозное рентгеновское излучение имеет сплошной спектр и не зависит от материала антикатода. При повышении напряжения на рентгеновской трубке до определенного уровня возникает(наряду со сплошным) линейчатый спектр, зависящий от материала антикатода.

Характеристический спектр – линейчатый спектр рентгеновского излучения,

характерный для каждого конкретного химического элемента.

Характеристические спектры:

1. просты, однообразны и с ростом атомного номера Z элемента смещаются в коротковолновую сторону;

2. не зависят от того входит ли данный элемент в химическое соединение с другими (значит они связаны с электронами внутренней части атома);

3. состоят из серий K, L, M, а серии - из линий с уменьшением длины волны λ.

В 1913г. был установлен закон Мозли: частота w линий зависит от атомного номера Z элемента: , где R= - постоянная Ридберга, σ 1- поправка (зависит от Z).

Магнитные свойства атома

Известно, что . Тогда и = .

• Из соотношений видно, что свойства и одинаковы.

В стационарном состоянии собственные значения и :

= где L=0,1,2,…

= - магнетон Бора.

Опыт Штерна и Герлаха

В 1921г. Штерн и Герлах экспериментально подтвердили наличие у атомов квантованных магнитных моментов. В опытах пучок атомов пропускали сквозь сильно неоднородное магнитное поле.

Согласно электродинамике, на атом, обладающий магнитным момен-том μ, в магнитном поле В в направле-нии Z будет действовать сила

на ось Z.

Опыты показали:

1. в отсутствии поля на фотопластинке Р наблюдалась только узкая полоска с Z=0;

2. при наличии поля на снимке наблюдалось несколько полосок, расположенных симметрично относительно первой;

3. число полосок (четное или нечетное, а также их количество) зависело от квантовых чисел L,S и J атома вещества, что подтверждает наличие у атомов квантовых магнитных моментов.

Спиновой магнитный момент

Зная степени неоднородности поля ( ) и расщепления пучка на снимке, Штерн и Герлах смогли вычислить спиновый момент и его проекцию на ось Z:

Полный магнитный момент атома

Установлено, что полные моменты атомов μ и зависят от квантовых чисел L,Sи J: , , где

- множитель (фактор) Ланде.

Эффект Зеемана(1896)

Эффект Зеемана расщепление спектральных линий при помещении источника

излучения в магнитное поле.

Объяснение явления: атом, обладающий магнитным моментом, приобретает в магнитном поле дополнительную энергию ∆Е= проекция полного магнитного момента атома на направление поля . Энергия каждого подуровня

Е= = J,J-1,…,-J. - энергия уровня в отсутствие поля.

Уровни с квантовым числом J расщепляются в поле на 2J+1 равноотстоящих друг от друга подуровней, причем интервалы между соседними подуровнями σЕ .

• Магнитное поле снимает вырождение по J.

• Переходы между подуровнями подчиняются правилу отбора: .

• Компоненты для называют π-компонентами,

- σ-компонентами.

Частоты w зеемановских компонент спектральной линии с частотой

, где - зеемановское смещение( относительно )

, где σ - лоренцево смещение, - квантовые числа уровней 2 и 1 перехода 2 1, - множители Ланде уровней 2 и 1.