водороден атом
водороден атом
водороден атом
Водороден атом - свързан система, състояща се от положително заредена ядро - протон и отрицателно заредени електрони.
Размери определят от размерите на атом на неговата електрон черупки ≈ 10 -8 cm.
свързани енергийни електрони състояния се получават чрез решаване на уравнението на Шрьодингер с потенциал V (R) = -e 2 / R и съотношението определя от
където п - основната квантовата броя определяне на различни енергийни състояния на електрона в водороден атом (п = 1, 2, 3 ...), R - константа Rydberg
(R = 1,0974 · 10 май cm1).
Всяко ниво с главно квантово число съответства на п страни различни квантово число л = 0, 1, 2, ..., (п-1). Това дегенерация на нивата на енергия е характерен само за областта на Кулон. В допълнение, всеки един от тези състояния се изроди л (2л + 1) кратно изроди по отношение на магнитната редица т = ± л, ± (Ь-1). ± 1, 0. По този начин, общо изроденост стационарна квантово състояние с главно квантово число е дадено от.
Такъв анализ е валидна при условие, че електрон спин е нула. Тъй електрона е = въртене и 1/2, общата ъглов момент на електрона се определя от вектора на сумата от своя орбитален и върти ъглово импулси = +.
Тъй = електронен спин и 1/2, неговото общо ъглов момент J движение може да бъде само половината число.
В дадена стойност на орбитален ъглов момент L водороден атом възможни две състояния, които се различават в общия ъглов момент = + = L + 1/2 и
J = л - S = л - 1/2. Тези две стойности са различни взаимни ориентации на орбиталните и спин вектори. електронна енергия състояния и л + 1/2 л - 1/2 в областта на протона Кулон са малко по-различни и дегенерация на състояние силата се отстранява. Тази допълнителна взаимодействие се нарича спин-орбита. Поради дегенерацията на отстраняването на спектър на ниските състояния на водородния атом е обогатен, има добро разделяне на енергийните нива. Вместо двата ниските нива на водород и изключва завъртане орбита разделяне на (земята и първата възбуден 1s 2s2p (фиг. 1, а)) с оглед на завъртане орбита разделянето им става четири (Фиг. 1Ь). Квантовата нива на тези характеристики са дадени в таблицата. Оценка с голяма стойност J = L + 1/2 е по-висока при енергийно ниво, отколкото с J = л - 1/2. На държавите, с различни стойности на л, но една и съща стойност, Ню Джърси все още са изроди. Например, 2s1 / 2 и 2p1 / 2.
Фиг. 1. нива Схема водородни: и - с изключение на въртене на електрона и ядрен спин, б - фината разделянето на нива, които отчита електрон центрофугиране в - разделяне на нивата на свръхфини която отчита взаимодействието на магнитния момент на електрон магнитния момент на ядрото. нива Lamb отместване 2s1 / 2 и 2p1 / 2
4 х 10 -6 ЕГ. Държавно равнище и стойността на техните разделения не са от мащаба
Квантовата електронни характеристики в най-ниската
състояния на водороден атом
Тъй точните разтвори на релативистично уравнението на Дирак за електрон спин S = трябва 1/2 зависимост от енергийни нива на водороден атом от квантови числа п и к
където # 945; = 1/137 - фина структура постоянна. Изменението в инж е независим от квантово число л. Затова енергийните състояния на един и същ и различен к л трябва да са равни. Размерът на глобата разделянето на нива # 948; Ej + 1, й в даден п е дадено от
променливо ниво разделяне с п = 2 е ≈ 4,5 · 10 -5 ЕГ.
Ядрото на водороден атом - протона - също има своя собствена точка - завъртане S = 1/2. Той също така леко променя електрон взаимодействието с протон, тъй като има допълнително взаимодействие между магнитния момент на протона, причинени от наличието на гърба си, с магнитното поле на електрона. Степента на това взаимодействие зависи от относителната ориентация на момента на въртене и протон общата ъглов момент на електрона. Следователно, налице е друг вид ниво разделяне атом свръхфин наречен защото стойността му е значително по-малко фино разделяне. разделяне на свръхфин се наблюдава вече за основното състояние (п = 1, L = 0). Преходът между двете поднива на свръхфин разделянето на основното състояние на водород води до излъчване с дължина на вълната # 955; = 21 cm (честота на емисиите 1420 MHz). С тази радиация обикновено се записва междузвезден водород в вселената.
Стоейки от п = 2 до п = ∞ се наричат възбудени състояния. Eexc енергия за възбуждане (енергията, която е необходима, за да информира системата, че тя се премества от първоначалното състояние на крайно състояние Ni NF) се определя от отношението
Всички състояние на п = 1 до п = ∞ са обвързани държави, защото те имат негативен власт. При приближаване безкрайност п енергийните състояния близо заедно, и разликата в енергиите на съседните страни става толкова малък, че нивата на разцепен кондензирани и дискретен спектър в непрекъснат трансформира нива (твърдо вещество). Когато енергията на електрони стане положително (Е> 0), системата се обръща към несвързан електрон и става свободен. Безплатна електронна енергия спектър е непрекъснат.
Преходите от състояния п = 2, 3, ... ∞ в състояние п = 1, образуват серия Lyman. Прехода от състояние п = 3, 4, ... ∞ в състояние п = 2 - Balmer серия. Преходите между държавите с негативна енергия (Е <0) приводят к образованию дискретного спектра переходов, в то время как переходы между состояниями с E> И 0 държави с E <0 дают непрерывный спектр переходов.
Фиг. 2. Схема на водородния атом.
Фиг. 3. радиално разпределение на вероятностите | СМЛ (г) | 2 2 г р намиране на електрони в областта на протон (водороден атом) Кулон в S, Р и г държави. Разстояния са дадени в Бор радиуси R1 = Z 2 / ми е 2 ≈ 0,529 · 10-8 сантиметра.
Според точното решение на уравнението на Дирак, нивата на енергия с една и съща стойност на квантовата числото п = 1, 2 и 3. същата стойност на общия ъглов момент J = 1/2, 3/2. следва да стане едновременно, независимо от енергията на квантово число л. През 1947 г-н W. R. Ламб и Retherford открити ниво смяна 2s1 / 2 и 2p1 / 2 водороден атом. Тази промяна се нарича нива смяна Агнешки. Основната причина се дължи на промени в радиационните Агнешко смяна:
- Емисията на виртуални фотони свързан електрон.
- вакуум поляризация - раждане във вакуум електрон-позитрон производство двойка.
Тези две корекции напълно да обяснят наблюдаваната стойност на нивата на Ламб отместване 2s1 / 2 и 2p1 / 2 (# 916; Е = 4,5 · 10 -6 ЕГ).
Вероятността за намиране на електрон в екран DV ст, на определено място на пространството, определено от израза
попада в радиална вероятност || СМЛ (R) | 2 R 2 | 2 г 2-р и ъглово - | Ylm (# 952; # 966) | 2 г # 937. Разпределение на тези вероятности са дадени на фиг. 3-5.
Фиг. 4. Разпределение на ъгловия вероятността | Ylm (# 952; # 966;) | 2 г # 937; намиране на частиците в S, Р и г състояния в сферично симетричен потенциал
Фиг. 5. Разпределение на общата вероятност | СМЛ (R)> Ylm (# 952; # 966) | 2 2 г DRD # 937; намиране на водороден атом електрон определено ъглово и радиална плътността на вероятността.