el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · ova...
TRANSCRIPT
![Page 1: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/1.jpg)
Osnovni faktor koji određuje osobine atoma koje zavise od strukture el omotača atoma je el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva raspodela e- po kvantnim stanjima okarakterisanim kv brojevima n i l.
S obzirom na to za datu vednost n, l može imati vrednosti od 0,1,2...n-1 postoji sledeća dvojna raznolikost el stanja Termova:
![Page 2: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/2.jpg)
1s 2s 3s 4s 5s....
2p 3p 4p 5p....
3d 4d 5d....
4f 5f....
5g...
Svakom stanju odgovara određena podgrupa sa max brojem e- 2×(2l+1). Taj broj određen je vrednostima kv br ml koje su moguće pri datom l i dvema vrednostima ms (ili samo s) uz ograničenja koja daje Paulijev princip
![Page 3: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/3.jpg)
Određeni udeo u E atomskog stanja unosi magnetno uzajamno dejstvo orbitalnih implusnih momenata i impulsnih mom spinova elektrona. U atomu ili jonu sa 1e- mora se uzeti u obzir uzajamno dejstvo orbitalnog impulsnog momenta i spina tog jednog e-.
predstava o uzajamnom dejstvu spina i orbitalnog impulsnog momenta data je na slici predavanja 120. predstavlja se vektorski
![Page 4: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/4.jpg)
Prema kojoj se to uzajamno dejstvo sastoji u prostornom kvantiranju oba impulsna momenta (vektori l i s) u odnosu na pravac rezultujućeg impulsnog momenta (vektor j) koga je Zomerfild nazvao unutrašnjnim kvantnim br j.
![Page 5: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/5.jpg)
Izvođenje izraza po staroj i novoj teoriji
𝑙 = 𝑙ℎ
2𝜋 𝑗 = 𝑗
ℎ
2𝜋
kvantna teorija
𝑙 = 𝑙 𝑙 + 1 ℎ
2𝜋
𝑗 = 𝑗(𝑗 + 1)ℎ
2𝜋 kvantno-mehanički izraz
𝑠 = 𝑠(𝑠 + 1) ℎ
2𝜋
Pri tome važi da je vektor unutrašnjeg momenta =
zbiru s+l
𝒋 = 𝒔 + 𝒍 Sada se kvantn i broj j određuje :
![Page 6: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/6.jpg)
Interakcija orbitalnog i spinskog magnetng momenta e- i zove se spin – orbitalna interakcija.
Prenosi se na ugaone momente i uslovljava njihovo vektorsko sprezanje a to je ukupni ugaoni momenat e-: j = l + s
![Page 7: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/7.jpg)
Vektori l i s vezani su posredstvom magnetnih polja, oni vrše kruženje (precesiju) oko vektora j u odsustvu spoljašnjeg polja
Slika 2.15 Ankica
Moguće vrednosti ukupnog ugaonog momenta određene su izrazom:
𝑗 = 𝑗(𝑗 + 1)ℎ
2𝜋
gde je j-kvantni broj ukupnog igaonog momenta e-, ima vrednosti:
l±s = l±1/2 za l>0 i +1/2 za l =0
Znači da j ima dve vrednosti za svako l>0 pa vektori l i s
mogu biti orjentisani jedan prema drugom na dva načina:
Primer: ukupni ugaoni moment p-elektrona
![Page 8: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/8.jpg)
j=l±s j= l±1/2
Na taj način za ovakvo stanje koje odgovara određenoj
vrednosti orbit kv br l (osim l=0) dobija se dve vrednosti j-
unutrašnjeg kv br:
j=l+1/2 i l-1/2
Koje se mogu koristiti za karakterisanje komponenata
dubletnog cepanja, koje nastaje usled uzajamnog dejstva
vektora l i s.
Tabela 12(kondratijev str 154) prikazuje vrednost unutrašnjeg
kvantnog br izračunate po formuli za različite termove (stanja)
atoma ili jona sličnog H, a takođe i za termove atoma sa jednim
spoljašnjim e i s atomskim ostatkom koji ima strukturu inertnog
gasa.
![Page 9: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/9.jpg)
Kada je l=0-u slučaju s stanja atoma (jona) ne postoji
uzajamno dejstvo l i s pa za ova stanja imamo j=s tj jednu
vrednost broja j (prosti termovi).
Za razliki od prostih T svim ostalim termovima u Tabeli 12
odgovaraju dve vrednosti kv br j.
Tabela 12
termovi l l+s j
s 0 (0+1/2) ½
p 1 (2/2-1/2) (2/2+1/2)
½ 3/2
d 2 (4/2+1/2) (4/2-1/2)
3/2 5/2
f 3 5/2 7/2
![Page 10: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/10.jpg)
Prelazeći na atom sa dva spoljašnja e- moramo uzeti u obzir dejstvo 4 impulsna momenta: dva orbitalna l1 i l2 i dva spinska s1 i s2.
Ovde su moguća 2 slučaja.
U prvom od ovih slučajeva – Rasel-Sandersovo sperzanje, kao posledica uzajamnog dejstva vektora l1 i l2 nastaje vektor rezultujućeg orbitalnog impulsnog momenta:
L= l1 + l2
A kao posledica uzjamnog dejstva spinova s1 i s2 nastaje vektor rezultujućeg spina:
S= s1 + s2.
![Page 11: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/11.jpg)
Ukupni orbitalni moment može imati sledeće vrednosti:
L= l1 + l2 , l1 + l2 -1, l1 + l2 -2........ l1 - l2.
Maksimalna vrednost L= l1 + l2 odgovara
paralelnoj orjentaciji vektora l1 i l2 a minimalna
vrednost L= l1 - l2 odgovara njihovoj antiparalelnoj
orjentaciji i S=1/2±1/2, tj. S=1 i 0.
Primer: uzajamna orjentacija vektora l1 i l2 (za
l1=2, l2=3) i spinova za atom sa dva spoljašnja e
data je na slici predavanja 122.
![Page 12: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/12.jpg)
Kao rezultat uzajamnog dejstva vektora L i S koje je slabije nego uzajamno dejstvo l1 i l2 i s1 i
s2 nastaje vektor totalnog impulsnog momenta
atoma okarakterisan kvantnim br J:
𝐽 = 𝐿 + 𝑆
Taj broj usled različitih orjentacija 𝐿 𝑖 𝑆 poprima sledeće vrednosti:
J=L+S, L+S-1, L+S-2, 𝐿 − 𝑆
![Page 13: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/13.jpg)
Kao što se može videti broj različitih vrednosti za L≥ 𝑆 iznosi 2S+1 a za L≤S iznosi 2L+1.
Tako da su moguća stanja za dvoelektronski sistem prikazana u Tabeli 13 i 14
S (1/2±1/2) 2S+1 L J =(L+S) Term
Sistem termova
0 1 0 0 1S0
singlet 1 1 1P1
2 2 1D2
3 3 1F3
1 3 0 1 3S1
triplet
1 2 3P2
1 3P1
0 3P0
2 3 3D3
2 3D2
1 3D1
1 3 3 4 3F4 triplet
![Page 14: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/14.jpg)
Znači dobija se dva sistema TERMOVA singlet (S=0, J=L) i triplet (S=1, J=L+1, J=L, J=L-1).
Oznake S, P, D-označavaju TERMOVE ATOMA
Dok se simbolima s, p, d označavaju TERMOVI POJEDINIH ELEKTRONA.
U slučaju atoma ili jona sa 1 spoljaš e- oznake L i l imaju isti smisao S P D su isto što s p d (kada je L=0 to je S term, L=1 P term).
![Page 15: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/15.jpg)
Da bi se razlikovali atomski termovi koji pripadaju različitim multipletnim sistemima, multipletnost sistema (2S+1) kome pripada dati term označava se indeksom sa leve gornje strane u tabeli 1S0.
2S+1 =multipletnost gde S određuje ukupni spin elektrona .
Na kraju je prihvaćeno da se indeksom sa desne donje strane označi vrednost J-koji odgovara datom termu.
![Page 16: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/16.jpg)
Svi S termovi kada je S=0
L=0 predstavljaju proste T
J=0
Međutim u slučaju multipletnosti terma potrebno je napisati i vrednost J koji onda označava potpuno napisani term.
Tako će biti: 1S0 i 3S1
3P0 , 3P1,
3P2; 3D1
3D2 3D3
Oznaka TERMA: (2S+1)TJ
Primer: atomski termovi koji se dobijaju iz konfiguracije sp:predavanja
124 OBJASNITI
![Page 17: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/17.jpg)
Rasel-Sandersovo sprezanje je najčešći slučaj
uzajamnog dejstva impulsnih momenata.
2.tip j-j sprezanja sreće se kod teških elemenata,
Tu preovladava dejstvo između orbitalnog l i
spinskog s impulsnog momenta istog e- i nastaju
vektori j rezultujućeg impulsnog momenta :
j1= l1+s1 j2= l2+s2
Dejstvom vektora j1 i j2 nastaje vektor totalnog
impulsnog momenta atoma J i okarakterisan je
kvantnim brojem J.
![Page 18: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/18.jpg)
Objasniti ankica 74str.
Pri j-j sprezanju j1=1/2 i j2=3/2 i 1/2. Usled jonskog
sprezanja impulsnih momenata l2 i s2 elektronskim
stanjima okarakterisanim brojevima j2=1/2 i j2=3/2
odgovaraju različite E.
Usled relativno slabog uzajamnog dejstva vektora j1 i
j2 dolazi do cepanja svakog od tih nivoa na dve
komponente koje su u sličaju j2=1/2 okarakterisane
kvantnim brojevima J=1,0, a u slučaju j2=3/2
brojevima J=2,1.
J: j1+j2, j1+j2-1, j1+j2-2......., j1-j2
![Page 19: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/19.jpg)
Proučavanje strukture atomskih spektara pomoću uređaja velike moći razlaganja pokazuje da većina spektralnih linija koje bi trebalo da budu proste sastoje se od zbijenih linija.
Zasnovanih na izračunavanju uzajamnog dejstva vektora li si
Primer : Bi linija λ4122Å sastoji se od 4 linije sa
rastojanjem između krajnjih od 0,44Å .
![Page 20: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/20.jpg)
Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura ne može se objasniti izotopskim efektom.
To je potvrđeno izračunavanjem izotopskog pomeranja po formuli:
Δλ/λ=(R1-R2)/R1
Ridbergove konstante izotop
Primer: izotopsko cepanje Tl 203 i 205 Δλ=0,0001Å , a hiperfino cepanje je 0,16Å
![Page 21: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/21.jpg)
Pauli: hiperfinu strukturu treba tražiti u
postojanju izvesne asimetrije jezgra
Jezgo poseduje impulsni moment i magnetni
moment
Hiperfino cepanje T pripisuje se uzajamnom
dejstvu momenata jezgra sa elektronskim
magnetn momentom elektrona
![Page 22: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/22.jpg)
Uzajamno dejstvo se može izraziti pomoću uzajamnog dejstva vektora i i J
i - nuklearni impulsni moment-spin jezgra
J - elektronski magnetni moment
i+J=F totalni impulsni moment atoma
Kvantni broj koji mu odgovara je F
vrednosti; F: J+i, J+i-1, J+i-2......., J-i
![Page 23: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/23.jpg)
Odatle za linije hiperfine strukture termova okarakterisanog unutrašnjim kvantn br J dobiće se:
2J+1 za i≥J i 2i+1 za i≤J
Kada se iz analize hiperfine strukture utvrdi broj podnivoa na koji se cepa prost nivo, vrlo često se može utvrditi veličina nuklearnog impulsnog momenta (i)
I to naročito onda kada su izmereni relativni intenziteti komponenata hiperfine strukture spektralnih linija.
![Page 24: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/24.jpg)
Ispitivanje hiperfine strukture atomskih termova vrši se spektroskopskim metodama
Isto tako i NMR-nuklearno magnetna rezonanca
Razradio je Rabi sa saradnicima 1939 god
Primenio ju je u njenom prvobitnom ili modifikovanom obliku:
za Merenje nuklearnog impulsnog momenta ili nuklearnog spina i
Metoda se zasniva na promeni orjentacije atomskog magnetića u magnetnom polju (prostornog kvantiranja)
![Page 25: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/25.jpg)
Moguće kvantne prelaze određuju selekciona pravila
1) selekciono pravilo za azimutni kv br L
ΔL=±1
Znači mogu se kombinovati prelazi termova S i P, P i
D.
NE MOŽE S – D (2), S-S i P-P (L=0)
Ovo su zabranjeni prelazi
![Page 26: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/26.jpg)
2)selekciono pravilo za unutrašnji kv broj J
ΔJ=0, ±1
Zabranjeni su prelazi između takvih nivoa koji su
okarakterisano kv br J=0
3) spinski kv broj S
ΔS=0 interkombinaciona zabrana.
Zabranjeno je kombinovati termove koji pripadaju
sistemima različite multipletnosti (interkombinacije)
Primer: singletnom (S)=0 i tripletnom (S)=1sistemu
termova
![Page 27: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/27.jpg)
4) Laportovo pravilo
Moguća je samo kombinacija između parnih i neparnih termova
Paran ili neparan u zavisnosti od toga da li je zbir orbitalnih kvantnih br L svih e- u atomu paran ili neparan
Zabrane nisu apsolutno stroge-eksperimentalno dokazano
Zabranjene linije se često zapažaju u atomskim spektrima, mada je mali intenzitet tih linija
![Page 28: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/28.jpg)
Javlja se i slabljenje interkombinacione zabrane sa povećanjem atomskog br-uzajamno dejstvo orbitalnog i spinsko impulsnog momenta atoma postaje jače.
![Page 29: el konfiguacija atoma u datom stanju, pod kojom se podrazumeva … · 2019. 11. 24. · Ova hiperfina struktura je zapažena i kod linija atoma koji imaju samo 1 izotop-ova struktura](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060922/60ad8bb2bee36340882120ba/html5/thumbnails/29.jpg)
Takođe se javljaju slučajevi narušavanja selekcionih pravila ukoliko se atomi koji vrše emisiju ili apsorpciju nalaze u spoljašnjem električnom ili magnetnom polju
Ili kada se podvrgnu dejstvu polja lokalnih molekula ili jona.