www.wikidata.uk-ua.nina.az

Водневоподібний атом Водне воподі бні а томи атоми іони що складаються як атом водню з ядра і одного електрона До них кр

Водневоподібний атом

Водне́воподі́бні а́томи — атоми (іони), що складаються, як атом водню, з ядра і одного електрона. До них крім водню та його важких ізотопів (дейтерій і тритій) відносяться іони елементів з атомним номером , які втратили всі електрони крім одного: He+, Li+2, Be+3 тощо.

Форми електронних орбіталей водневоподібних атомів для різних квантових чисел

Разом з атомом водню вони утворюють найпростіший ізоелектронний ряд. Рівні енергії( і спектри) водневоподібних атомів схожі на спектри атома водню, і відрізняються від них масштабом енергій (і частот) переходів у разів. Для таких атомів виконується теорія Бора.

У водневоподібному атомі електрон і ядро утворюють систему двох тіл, задача про поведінку якої може бути розв'язана точно.

Системи схожі з водневоподібними атомами утворюють також атомне ядро і мюон (мезоатом), а також електрон і позитрон (позитроній), для них також отримують аналогічні водневим рівні енергії та спектри.

Значення Редагувати

Атом може складатися з десятків електронів, що обертаються навколо ядра. Всі вони взаємодіють між собою, що робить точне теоретичне обрахування положень енергетичних рівнів практично неможливим. У водневоподібному атомі є лише два компоненти: ядро і електрон. В такому випадку, радіаційні і релятивістські поправки до кулонівського потенціалу малі, і можуть бути з великою точністю обраховані за допомогою теорії збурень.

Завдяки цьому, водневоподібні атоми є найкращими модельними об'єктами для дослідження різних аспектів взаємодії елементарних частинок. Рівняння Дірака було підтверджене завдяки виведеному з його допомогою значенню тонкого розщеплення рівнів енергій водневоподібних атомів. Також, лембів зсув знайшли саме при дослідженнях атома водню. Рівняння Брейта, Бете-Солпітера, Логунова-Тавхелідзе, були перевірені саме на таких системах.

Поведінка водневоподібних атомів у зовнішніх полях також ретельно досліджена. Тому, такі явища як зееманівське розщеплення також найкраще описані саме для водневоподібних атомів.

Спрощений опис Редагувати

Взагалі, положення електрону в атомі може бути просторово-складним, проте для принципового розуміння причин дискретності спектрів атомів, можна розглянути дуже спрощену ситуацію плоскої орбіти.

Електрон на таких масштабах не можна вважати корпускулою, що рухається по орбіті, проте можна розглянути його як стоячу хвилю, місцем локалізації якої є коло з радіусом r. У цьому випадку, в довжину орбіти має вкладатися ціла кількість періодів хвилі, тобто

Цей вираз є одним з постулатів Бора

Поле, що створюється ядром з зарядом Z, є кулонівським полем з потенціалом і потенціальною енергією

Сила, що діє на електрон з боку ядра є доцентровою силою, тобто дорівнює добутку маси електрону на доцентрове прискорення , з чого можна вивести наступне рівняння:

Спростивши це рівняння і виразивши з нього значення для швидкості, можна вивести наступну умову для можливих радіусів орбіти електрона:

де n=1,2,3... Число n називають також головним квантовим числом.

Цим дозволеним радіусам відповідають рівні енергії

де E — сума потенціальної і кінетичної енергії на даній орбіті.

Для більшої точності, замість маси електрона в цьому рівнянні треб використовувати приведену масу системи ядро-електрон, що дорівнює .

Цей вираз доволі точно описує рівні енергії електрона і спектр, що породжується переходами між ними проте тонка і надтонка структура не можуть бути пояснені таким способом.

Квантовомеханічний опис Редагувати

Рівняння Шредінгера Редагувати

Рівняння Шредінгера для водневоподібного атому можна записати наступним чином:

Розв'язок його є складним, проте значення допустимих рівнів енергії електрону, що допускаються ним, є таким самим як і в спрощеному випадку, описаному вище.

Орбітальний момент імпульсу електрона може приймати ряд дискретних значень, де l — орбітальне квантове число, що може приймати будь-які цілі значення в проміжку від 0 до n-1.

Проєкція орбітального моменту імпульсу на деяку вісь може приймати лише значення . Число m — магнітне квантове число, і може приймати будь-які цілі значення від -l до l.

Рівняння Дірака Редагувати

Для врахування релятивістських ефектів, а також ефектів, пов'язаних зі спін-орбітальною взаємодією, замість рівняння Шредінгера можна використати рівняння Дірака. Воно дозволяє вивести тонку структуру рівнів енергії водневоподібних атомів.

Рівняння Дірака для електрона в кулонівському полі ядра, так само як і рівняння Шредінгера, має точний розв'язок. При цьому, гамільтоніан взаємодії виглядає наступним чином:

де — оператори спіну і моменту. У цьому рівнянні третій член відповідає спін-орбітальній взаємодії, а четвертий — релятивістським поправкам.

Спектр енергій електрона має вигляд:

де j=l+½ — власне значення оператору повного моменту.

Таким чином, енергія електрона починає залежати від двох квантових чисел.

Поправки, що вносяться третім членом у цьому рівнянні є значно меншими, ніж різниця між різними рівнями енергії, що задаються головним квантовим числом n. Таким чином, хоча виродження енергетичних рівнів і знімається (різним наборам квантових чисел відповідають різні енергії), різниця між цими рівнями є невеликою, тому часто кажуть про розщеплення рівня, що задається головним квантовим числом, на кілька рівнів, що відповідають різним значенням повного моменту.

При ще детальнішому розгляді потрібно врахувати взаємодію магнітних моментів ядра і електрона, завдяки яким кожен енергетичний рівень розпадається на групу підрівнів. Ці підрівні називаються надтонкою структурою.

Квантова електродинаміка Редагувати

За рівнянням Дірака, кожна спектральна лінія у водневоподібному атомі є двічі виродженою. Так, наприклад, рівні енергії 2S½ і 2P½ збігаються . Проте у 1947 році Різерфорд[en] і Лемб виявили, що між цими рівнями є різниця, приблизно в 1058 МГц.

Пояснити цей ефект можна, використавши апарат квантової електродинаміки. Поправки до рівняння Дірака, що виникають, називаються радіаційними поправками.

У КЕД всі частинки представляються збудженнями відповідних полів. Вакуум, таким чином, не є абсолютно порожнім, проте є лише особливим станом поля (взагалі кажучи, багатьох полів — фотонного поля, електрон-позитронного поля тощо), при якому це поле має найменшу можливу енергію, що називається нульовими коливаннями. У цьому стані, поле не може віддавати енергію, проте воно не є абсолютно інертним — саме завдяки йому відбувається взаємодія частинок. Наприклад, дві заряджені частинки взаємодіють завдяки тому, що кожна з них випромінює фотони, які поглинаються іншою. Проте, безпосереднє випромінювання фотонів порушувало б закон збереження енергії, тому у цьому випадку йдеться про віртуальні частинки, зв'язок між енергією і імпульсом для яких не виконується.

Таким чином, кожна заряджена частинка оточена "шубою" з віртуальних фотонів, які, в свою чергу, породжують віртуальні електрон-позитронні пари, при анігіляції яких утворюються віртуальні фотони тощо. Постійне випромінювання і поглинання віртуальних фотонів "трясе" електрон, що призводить до коливання відстані до ядра, і, відповідно, потенційної енергії. Це зростання енергії також пояснює виникнення аномального магнітного моменту електрона Додаткову енергію, що виникає таким чином, для орбіт з l=0 можна виразити як:

де α — стала тонкої структури.

Інший радіаційний ефект, що зміщує енергетичні рівні електрона в протилежному напрямку, виникає через те, що у "шубі" електрона, позитивно заряджені частинки притягуються до нього, а негативно заряджені — відштовхуються. Це явище носить назву поляризація вакууму. У атомі, завдяки цьому, ефективний заряд ядра збільшується на відстані порядка комптонівської довжини хвилі електрона. У атомі водню, відстань між протоном і електроном значно більша, тому для нього цей ефект відповідає лише за 3% зсуву. Проте для таких систем як мюонний атом, де радіус орбіти у сотні разів менший, значення цієї поправки зростає настільки, що вона починає переважати, і рівень 2S½ у ньому знаходиться нижче, ніж 2P½.

Спектри водневоподібних атомів Редагувати

Спектр атому водню

Завдяки своїй простоті, спектри водневоподібних атомів є добре дослідженими і описаними. Оскільки, як було описано вище, енергія електрона у водневоподібному атомі може приймати лише обмежений ряд значень, які, грубо, можна виразити як

де E0 — константа, що дорівнює -13,53 ев.

Атом випромінює, при переході електрона з одного енергетичного рівня на інший, а тому допустимі енергії такого випромінювання задаються формулою

Лінії часто для зручності групують у серії. Всередині кожної серії m — постійне.

Так, серія Лаймана відповідає переходам на нижню орбіталь. При таких переходах випромінюється енергія

Відповідно, серія Бальмера відповідає переходам на другу орбіталь, серія Пашена — на третю, серія Брекета — на четверту, серія Пфунда — на п'яту і т.д.

При достатній роздільній здатності інтерферометра, можна побачити, що кожна лінія, насправді складається з кількох (іноді, великої кількості) розташованих поруч ліній. Причиною цього є наявність тонкої і надтонкої структури енергетичних рівнів.

Енергія збудження Редагувати

Для того щоб перевести електрон на більш високоенергетичну орбіталь, потрібно передати йому ту саму кількість енергії, яку він випроменив би при зворотному переході.

Перехід електрона з першої орбіталі, енергія на якій є найнижчою, на будь-яку вищу називається збудженням. Найменша енергія, яку треба передати атому для переведення в збуджений стан дорівнює Z2·13,53·(1-1/22)=Z2·10,15 ев.

Також, це означає, що якщо незбуджений атом будь-яким чином отримує енергію, меншу за це значення, то його внутрішня енергія не може змінитися — удар буде абсолютно пружним. Для прикладу, середня енергія теплового руху атомів при кімнатній температурі дорівнює 0,04 ев.

Енергія іонізації Редагувати

Іонізацією називають відрив електрона від атома. Фактично, енергія, що потрібна для цього дорівнює потенціальній енергії електрона, взятій зі зворотнім знаком. Для незбудженого атома ця енергія дорівнює E=Z2·13,53 ев.

Магнітне поле Редагувати

Електрон у атомі має кінетичну енергію, тобто рухається навколо ядра, а отже, створює магнітне поле. При цьому, просторовий розподіл заряду є стабільним (у випадку незбудженого електрона), тому електричне поле електрону, а відповідно, і його магнітне поле, не змінюються з часом — електрон не випромінює.

Таким чином, спрощуючи, орбіту електрона можна уявити як замкнений контур, по якому тече постійний струм, тобто соленоїд.

Магнітний момент, що створюється електроном з головним квантовим числом n в такому випадку дорівнює

де μB — магнетон Бора, що дорівнює 9,27·10-24 Дж/Τ. Магнітний момент, що створюється електроном, в ціле число разів більший за магнетон Бора, тому він є природною одиницею вимірювання цієї величини.

В реальності картина магнітного поля електрона є складнішою через те, що орбіталь електрона є не пласким кільцем, а складною тривимірною фігурою. Відповідно, електрон у ній має три ступені свободи (а не одну, як у кільці), і магнітне поле залежить від трьох квантових чисел.

В основному, магнітне поле все одно задається головним квантовим числом n, проте, через поправки, що залежать від магнітного квантового числа m, кожному значенню n відповідає до 2n-1 близьких значень магнітного моменту.

Некласичні системи Редагувати

Багато інших систем, що не є атомами в класичному розумінні, демонструють подібний спектр енергій. До таких систем належать:

Рідбергові атоми, особливо, якщо збуджується зовнішній електрон атому лужного металу, є практично ідентичними водневоподібним.

Примітки Редагувати

  1. Уровни энергии и электромагнитные свойства водородоподобных атомов [ 15 серпня 2017 у Wayback Machine.](рос.)
  2. Зісман, 1970, с. 308.
  3. Ігумнов, 2014, с. 60.
  4. Тонкая структура уровней атома водорода [ 6 серпня 2017 у Wayback Machine.](рос.)
  5. ↑ Левіч, 1971, с. 485.
  6. Находкін, Харченко, 2012, с. 245.
  7. Сівухін, 1986, с. 278.
  8. ↑ лэмбовский сдвиг [ 14 липня 2017 у Wayback Machine.](рос.)
  9. ↑ Зісман, 1970, с. 311.
  10. Зісман, 1970, с. 312.
  11. Зісман, 1970, с. 316.
  12. Борщевський, 2010, с. 2.

Література Редагувати

  • Физическая энциклопедия / Под ред. А. М. Прохорова. — М. : Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — 699 с.
  • Находкін М.Г., Харченко Н.П.,. Атомна фізика. — Київ : Київ. нац. ун-т ім. Тараса Шевченка, 2012. — 551 с. — ISBN 978-966-439-385-7.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Vodne vopodi bni a tomi atomi ioni sho skladayutsya yak atom vodnyu z yadra i odnogo elektrona Do nih krim vodnyu ta jogo vazhkih izotopiv dejterij i tritij vidnosyatsya ioni elementiv z atomnim nomerom Z 2 displaystyle Z geq 2 yaki vtratili vsi elektroni krim odnogo He Li 2 Be 3 tosho Formi elektronnih orbitalej vodnevopodibnih atomiv dlya riznih kvantovih chiselRazom z atomom vodnyu voni utvoryuyut najprostishij izoelektronnij ryad Rivni energiyi i spektri vodnevopodibnih atomiv shozhi na spektri atoma vodnyu i vidriznyayutsya vid nih masshtabom energij i chastot perehodiv u Z 2 displaystyle Z 2 raziv Dlya takih atomiv vikonuyetsya teoriya Bora U vodnevopodibnomu atomi elektron i yadro utvoryuyut sistemu dvoh til zadacha pro povedinku yakoyi mozhe buti rozv yazana tochno Sistemi shozhi z vodnevopodibnimi atomami utvoryuyut takozh atomne yadro i myuon mezoatom a takozh elektron i pozitron pozitronij dlya nih takozh otrimuyut analogichni vodnevim rivni energiyi ta spektri Zmist 1 Znachennya 2 Sproshenij opis 3 Kvantovomehanichnij opis 3 1 Rivnyannya Shredingera 3 2 Rivnyannya Diraka 3 3 Kvantova elektrodinamika 4 Spektri vodnevopodibnih atomiv 4 1 Energiya zbudzhennya 4 2 Energiya ionizaciyi 5 Magnitne pole 6 Neklasichni sistemi 7 Primitki 8 LiteraturaZnachennya RedaguvatiAtom mozhe skladatisya z desyatkiv elektroniv sho obertayutsya navkolo yadra Vsi voni vzayemodiyut mizh soboyu sho robit tochne teoretichne obrahuvannya polozhen energetichnih rivniv praktichno nemozhlivim U vodnevopodibnomu atomi ye lishe dva komponenti yadro i elektron V takomu vipadku radiacijni i relyativistski popravki do kulonivskogo potencialu mali i mozhut buti z velikoyu tochnistyu obrahovani za dopomogoyu teoriyi zburen Zavdyaki comu vodnevopodibni atomi ye najkrashimi modelnimi ob yektami dlya doslidzhennya riznih aspektiv vzayemodiyi elementarnih chastinok Rivnyannya Diraka bulo pidtverdzhene zavdyaki vivedenomu z jogo dopomogoyu znachennyu tonkogo rozsheplennya rivniv energij vodnevopodibnih atomiv Takozh lembiv zsuv znajshli same pri doslidzhennyah atoma vodnyu Rivnyannya Brejta Bete Solpitera Logunova Tavhelidze buli perevireni same na takih sistemah 1 Povedinka vodnevopodibnih atomiv u zovnishnih polyah takozh retelno doslidzhena Tomu taki yavisha yak zeemanivske rozsheplennya takozh najkrashe opisani same dlya vodnevopodibnih atomiv Sproshenij opis RedaguvatiVzagali polozhennya elektronu v atomi mozhe buti prostorovo skladnim prote dlya principovogo rozuminnya prichin diskretnosti spektriv atomiv mozhna rozglyanuti duzhe sproshenu situaciyu ploskoyi orbiti 2 Elektron na takih masshtabah ne mozhna vvazhati korpuskuloyu sho ruhayetsya po orbiti prote mozhna rozglyanuti jogo yak stoyachu hvilyu miscem lokalizaciyi yakoyi ye kolo z radiusom r U comu vipadku v dovzhinu orbiti maye vkladatisya cila kilkist periodiv hvili tobto 2 p r n h m v displaystyle 2 pi r n frac h mv nbsp abo zh m v r n h 2 p n ℏ displaystyle mvr n frac h 2 pi n hbar nbsp Cej viraz ye odnim z postulativ BoraPole sho stvoryuyetsya yadrom z zaryadom Z ye kulonivskim polem z potencialom ϕ Z e r displaystyle phi frac Ze r nbsp i potencialnoyu energiyeyu U r Z e 2 r displaystyle U r frac Ze 2 r nbsp Sila sho diye na elektron z boku yadra ye docentrovoyu siloyu tobto dorivnyuye dobutku masi elektronu na docentrove priskorennya v 2 r displaystyle frac v 2 r nbsp z chogo mozhna vivesti nastupne rivnyannya Z e 2 r 2 m v 2 r displaystyle frac Ze 2 r 2 frac mv 2 r nbsp Sprostivshi ce rivnyannya i virazivshi z nogo znachennya dlya shvidkosti mozhna vivesti nastupnu umovu dlya mozhlivih radiusiv orbiti elektrona r n n 2 ℏ 2 m Z e 2 displaystyle r n n 2 frac hbar 2 mZe 2 nbsp de n 1 2 3 Chislo n nazivayut takozh golovnim kvantovim chislom Cim dozvolenim radiusam vidpovidayut rivni energiyi E Z e 2 2 r n m e Z 2 e 4 2 n 2 ℏ 2 displaystyle E frac Ze 2 2r n frac m e Z 2 e 4 2n 2 hbar 2 nbsp de E suma potencialnoyi i kinetichnoyi energiyi na danij orbiti Dlya bilshoyi tochnosti zamist masi elektrona v comu rivnyanni treb vikoristovuvati privedenu masu sistemi yadro elektron sho dorivnyuye m M m M displaystyle frac mM m M nbsp Cej viraz dovoli tochno opisuye rivni energiyi elektrona i spektr sho porodzhuyetsya perehodami mizh nimi prote tonka i nadtonka struktura ne mozhut buti poyasneni takim sposobom Kvantovomehanichnij opis RedaguvatiRivnyannya Shredingera Redaguvati Rivnyannya Shredingera dlya vodnevopodibnogo atomu mozhna zapisati nastupnim chinom 3 D ps 2 m ℏ 2 E Z e 2 r 0 displaystyle Delta psi frac 2m hbar 2 left E frac Ze 2 r right 0 nbsp Rozv yazok jogo ye skladnim prote znachennya dopustimih rivniv energiyi elektronu sho dopuskayutsya nim ye takim samim yak i v sproshenomu vipadku opisanomu vishe Orbitalnij moment impulsu elektrona mozhe prijmati ryad diskretnih znachen L h l l 1 displaystyle L h sqrt l l 1 nbsp de l orbitalne kvantove chislo sho mozhe prijmati bud yaki cili znachennya v promizhku vid 0 do n 1 Proyekciya orbitalnogo momentu impulsu na deyaku vis mozhe prijmati lishe znachennya L z m ℏ displaystyle L z m hbar nbsp Chislo m magnitne kvantove chislo i mozhe prijmati bud yaki cili znachennya vid l do l Rivnyannya Diraka Redaguvati Dlya vrahuvannya relyativistskih efektiv a takozh efektiv pov yazanih zi spin orbitalnoyu vzayemodiyeyu zamist rivnyannya Shredingera mozhna vikoristati rivnyannya Diraka Vono dozvolyaye vivesti tonku strukturu rivniv energiyi vodnevopodibnih atomiv 4 Rivnyannya Diraka dlya elektrona v kulonivskomu poli yadra tak samo yak i rivnyannya Shredingera maye tochnij rozv yazok Pri comu gamiltonian vzayemodiyi viglyadaye nastupnim chinom 5 H p 2 2 m U 1 m c 2 1 r U r s L O 1 c 2 displaystyle hat H frac mathbf hat p 2 2m U frac 1 mc 2 frac 1 r frac partial U partial r mathbf hat s mathbf hat L O left frac 1 c 2 right nbsp de s L displaystyle mathbf hat s mathbf hat L nbsp operatori spinu i momentu U comu rivnyanni tretij chlen vidpovidaye spin orbitalnij vzayemodiyi a chetvertij relyativistskim popravkam Spektr energij elektrona maye viglyad 5 E m c 2 Z 2 e 4 m 2 ℏ 2 n 2 Z e 2 ℏ c 4 m c 2 2 n 4 n j 1 2 3 4 displaystyle E mc 2 frac Z 2 e 4 m 2 hbar 2 n 2 left frac Ze 2 hbar c right 4 frac mc 2 2n 4 left frac n left j frac 1 2 right frac 3 4 right nbsp de j l vlasne znachennya operatoru povnogo momentu Takim chinom energiya elektrona pochinaye zalezhati vid dvoh kvantovih chisel Popravki sho vnosyatsya tretim chlenom u comu rivnyanni ye znachno menshimi nizh riznicya mizh riznimi rivnyami energiyi sho zadayutsya golovnim kvantovim chislom n Takim chinom hocha virodzhennya energetichnih rivniv i znimayetsya riznim naboram kvantovih chisel vidpovidayut rizni energiyi riznicya mizh cimi rivnyami ye nevelikoyu tomu chasto kazhut pro rozsheplennya rivnya sho zadayetsya golovnim kvantovim chislom na kilka rivniv sho vidpovidayut riznim znachennyam povnogo momentu Pri she detalnishomu rozglyadi potribno vrahuvati vzayemodiyu magnitnih momentiv yadra i elektrona zavdyaki yakim kozhen energetichnij riven rozpadayetsya na grupu pidrivniv Ci pidrivni nazivayutsya nadtonkoyu strukturoyu 6 Kvantova elektrodinamika Redaguvati Dokladnishe Lembiv zsuvZa rivnyannyam Diraka kozhna spektralna liniya u vodnevopodibnomu atomi ye dvichi virodzhenoyu Tak napriklad rivni energiyi 2S i 2P zbigayutsya Prote u 1947 roci Rizerford en i Lemb viyavili sho mizh cimi rivnyami ye riznicya priblizno v 1058 MGc Poyasniti cej efekt mozhna vikoristavshi aparat kvantovoyi elektrodinamiki Popravki do rivnyannya Diraka sho vinikayut nazivayutsya radiacijnimi popravkami U KED vsi chastinki predstavlyayutsya zbudzhennyami vidpovidnih poliv Vakuum takim chinom ne ye absolyutno porozhnim prote ye lishe osoblivim stanom polya vzagali kazhuchi bagatoh poliv fotonnogo polya elektron pozitronnogo polya tosho pri yakomu ce pole maye najmenshu mozhlivu energiyu sho nazivayetsya nulovimi kolivannyami U comu stani pole ne mozhe viddavati energiyu prote vono ne ye absolyutno inertnim same zavdyaki jomu vidbuvayetsya vzayemodiya chastinok 7 Napriklad dvi zaryadzheni chastinki vzayemodiyut zavdyaki tomu sho kozhna z nih viprominyuye fotoni yaki poglinayutsya inshoyu Prote bezposerednye viprominyuvannya fotoniv porushuvalo b zakon zberezhennya energiyi tomu u comu vipadku jdetsya pro virtualni chastinki zv yazok mizh energiyeyu i impulsom dlya yakih ne vikonuyetsya Takim chinom kozhna zaryadzhena chastinka otochena shuboyu z virtualnih fotoniv yaki v svoyu chergu porodzhuyut virtualni elektron pozitronni pari pri anigilyaciyi yakih utvoryuyutsya virtualni fotoni tosho Postijne viprominyuvannya i poglinannya virtualnih fotoniv tryase elektron sho prizvodit do kolivannya vidstani do yadra i vidpovidno potencijnoyi energiyi Ce zrostannya energiyi takozh poyasnyuye viniknennya anomalnogo magnitnogo momentu elektrona 8 Dodatkovu energiyu sho vinikaye takim chinom dlya orbit z l 0 mozhna viraziti yak d E n 0 4 m c 2 3 p n 3 a Z a 4 l n 1 Z a displaystyle delta E n0 frac 4mc 2 3 pi n 3 alpha Z alpha 4 ln 1 Z alpha nbsp de a stala tonkoyi strukturi Inshij radiacijnij efekt sho zmishuye energetichni rivni elektrona v protilezhnomu napryamku vinikaye cherez te sho u shubi elektrona pozitivno zaryadzheni chastinki prityaguyutsya do nogo a negativno zaryadzheni vidshtovhuyutsya Ce yavishe nosit nazvu polyarizaciya vakuumu U atomi zavdyaki comu efektivnij zaryad yadra zbilshuyetsya na vidstani poryadka komptonivskoyi dovzhini hvili elektrona U atomi vodnyu vidstan mizh protonom i elektronom znachno bilsha tomu dlya nogo cej efekt vidpovidaye lishe za 3 zsuvu Prote dlya takih sistem yak myuonnij atom de radius orbiti u sotni raziv menshij znachennya ciyeyi popravki zrostaye nastilki sho vona pochinaye perevazhati i riven 2S u nomu znahoditsya nizhche nizh 2P 8 Spektri vodnevopodibnih atomiv Redaguvati nbsp Spektr atomu vodnyuZavdyaki svoyij prostoti spektri vodnevopodibnih atomiv ye dobre doslidzhenimi i opisanimi Oskilki yak bulo opisano vishe energiya elektrona u vodnevopodibnomu atomi mozhe prijmati lishe obmezhenij ryad znachen yaki grubo mozhna viraziti yak E m e Z 2 e 4 2 n 2 ℏ 2 Z 2 E 0 1 n 2 displaystyle E frac m e Z 2 e 4 2n 2 hbar 2 Z 2 E 0 frac 1 n 2 nbsp de E0 konstanta sho dorivnyuye 13 53 ev Atom viprominyuye pri perehodi elektrona z odnogo energetichnogo rivnya na inshij a tomu dopustimi energiyi takogo viprominyuvannya zadayutsya formuloyu E Z 2 E 0 1 m 2 1 n 2 displaystyle E Z 2 E 0 frac 1 m 2 frac 1 n 2 nbsp de m n cili chisla Liniyi chasto dlya zruchnosti grupuyut u seriyi Vseredini kozhnoyi seriyi m postijne Tak seriya Lajmana vidpovidaye perehodam na nizhnyu orbital Pri takih perehodah viprominyuyetsya energiya E b Z 2 E 0 1 1 2 1 n 2 displaystyle E b Z 2 E 0 frac 1 1 2 frac 1 n 2 nbsp Vidpovidno seriya Balmera vidpovidaye perehodam na drugu orbital seriya Pashena na tretyu seriya Breketa na chetvertu seriya Pfunda na p yatu i t d Pri dostatnij rozdilnij zdatnosti interferometra mozhna pobachiti sho kozhna liniya naspravdi skladayetsya z kilkoh inodi velikoyi kilkosti roztashovanih poruch linij Prichinoyu cogo ye nayavnist tonkoyi i nadtonkoyi strukturi energetichnih rivniv Energiya zbudzhennya Redaguvati Dokladnishe Zbudzhenij stan kvantovomehanichnoyi sistemiDlya togo shob perevesti elektron na bilsh visokoenergetichnu orbital potribno peredati jomu tu samu kilkist energiyi yaku vin vipromeniv bi pri zvorotnomu perehodi Perehid elektrona z pershoyi orbitali energiya na yakij ye najnizhchoyu na bud yaku vishu nazivayetsya zbudzhennyam Najmensha energiya yaku treba peredati atomu dlya perevedennya v zbudzhenij stan dorivnyuye Z2 13 53 1 1 22 Z2 10 15 ev 9 Takozh ce oznachaye sho yaksho nezbudzhenij atom bud yakim chinom otrimuye energiyu menshu za ce znachennya to jogo vnutrishnya energiya ne mozhe zminitisya udar bude absolyutno pruzhnim Dlya prikladu serednya energiya teplovogo ruhu atomiv pri kimnatnij temperaturi dorivnyuye 0 04 ev 10 Energiya ionizaciyi Redaguvati Dokladnishe Energiya ionizaciyiIonizaciyeyu nazivayut vidriv elektrona vid atoma Faktichno energiya sho potribna dlya cogo dorivnyuye potencialnij energiyi elektrona vzyatij zi zvorotnim znakom Dlya nezbudzhenogo atoma cya energiya dorivnyuye E Z2 13 53 ev 9 Magnitne pole RedaguvatiElektron u atomi maye kinetichnu energiyu tobto ruhayetsya navkolo yadra a otzhe stvoryuye magnitne pole Pri comu prostorovij rozpodil zaryadu ye stabilnim u vipadku nezbudzhenogo elektrona tomu elektrichne pole elektronu a vidpovidno i jogo magnitne pole ne zminyuyutsya z chasom elektron ne viprominyuye Takim chinom sproshuyuchi orbitu elektrona mozhna uyaviti yak zamknenij kontur po yakomu teche postijnij strum tobto solenoyid Magnitnij moment sho stvoryuyetsya elektronom z golovnim kvantovim chislom n v takomu vipadku dorivnyuye m n ℏ e 2 m c n m B displaystyle m n hbar frac e 2mc n mu B nbsp de mB magneton Bora sho dorivnyuye 9 27 10 24 Dzh T Magnitnij moment sho stvoryuyetsya elektronom v cile chislo raziv bilshij za magneton Bora tomu vin ye prirodnoyu odiniceyu vimiryuvannya ciyeyi velichini V realnosti kartina magnitnogo polya elektrona ye skladnishoyu cherez te sho orbital elektrona ye ne plaskim kilcem a skladnoyu trivimirnoyu figuroyu Vidpovidno elektron u nij maye tri stupeni svobodi a ne odnu yak u kilci i magnitne pole zalezhit vid troh kvantovih chisel V osnovnomu magnitne pole vse odno zadayetsya golovnim kvantovim chislom n prote cherez popravki sho zalezhat vid magnitnogo kvantovogo chisla m kozhnomu znachennyu n vidpovidaye do 2n 1 blizkih znachen magnitnogo momentu 11 Neklasichni sistemi RedaguvatiBagato inshih sistem sho ne ye atomami v klasichnomu rozuminni demonstruyut podibnij spektr energij Do takih sistem nalezhat Myuonij elektron antimyuon Pozitronij elektron pozitron Myuonnij voden proton myuon Pionnij voden proton pion Ridbergovi atomi osoblivo yaksho zbudzhuyetsya zovnishnij elektron atomu luzhnogo metalu ye praktichno identichnimi vodnevopodibnim 12 Primitki Redaguvati Urovni energii i elektromagnitnye svojstva vodorodopodobnyh atomov Arhivovano 15 serpnya 2017 u Wayback Machine ros Zisman 1970 s 308 Igumnov 2014 s 60 Tonkaya struktura urovnej atoma vodoroda Arhivovano 6 serpnya 2017 u Wayback Machine ros a b Levich 1971 s 485 Nahodkin Harchenko 2012 s 245 Sivuhin 1986 s 278 a b lembovskij sdvig Arhivovano 14 lipnya 2017 u Wayback Machine ros a b Zisman 1970 s 311 Zisman 1970 s 312 Zisman 1970 s 316 Borshevskij 2010 s 2 Literatura RedaguvatiFizicheskaya enciklopediya Pod red A M Prohorova M Sovetskaya enciklopediya 1988 T 1 699 s G A Zisman O M Todes Optika fizika atomov i molekul fizika atomnogo yadra i mikrochastic Kurs obshej fiziki 4 e M Nauka 1970 T III 500 s Vladimir Igumnov Fizicheskie osnovy mikroelektroniki Uchebnoe posobie Moskva Berlin Direkt Media 2014 358 s ISBN 9785457975743 V G Levich Kvantovaya mehanika Kvantovaya statistika i fizicheskaya kinetika Kurs teoreticheskoj fiziki 2 e M Nauka 1971 T II 936 s Nahodkin M G Harchenko N P Atomna fizika Kiyiv Kiyiv nac un t im Tarasa Shevchenka 2012 551 s ISBN 978 966 439 385 7 D V Sivuhin Atomnaya fizika ch 1 Obshij kurs fiziki M Nauka 1986 T V 426 s A Ya Borshevskij Stroenie atomnyh chastic Vodorodopodobnye atomy M Himicheskij fakultet MGU 2010 86 s Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Vodnevopodibnij atom amp oldid 36245777