Фэндом


Эффект Штарка — явление расщепления электронных термов атомов во внешнем электрическом поле. Этот эффект имеет полностью квантовомеханическую природу и не может быть объяснён в рамках классической физики.

Электронные термы расщепляются не только во внешнем поле, но и в поле, созданном соседними атомами и молекуламы. Штарковское расщепление лежит в основе теории кристалличного поля, которая имеет большое значение в химии.

Йоханнес Штарк открыл явление расщепления оптических линий в электрическом поле в 1913 г., за что в 1919 г. получил нобелевскую премию.

Линейный эффект ШтаркаПравить

Линейный эффект Штарка, то есть расщепление термов, величина которого пропорциональная напряженности электрического поля, наблюдается для единственной физической системы — атома водорода. Этот факт объясняется тем обстоятельством, что для атома водорода существует вырождение электронных термов с разными значениями орбитального квантового числа, какое не присуще никакому другому элементу.

Гамильтониан водородоподобного атома во внешнем электрическом поле с напряженностью  \mathbf{E} принимает вид

 \hat{H} = - \frac{\hbar^2}{2m_e} \Delta - \frac{Ze^2}{r} - e \mathbf{r} \cdot \mathbf{E},

где me — масса электрона, e — элементарный заряд, Z — зарядове число ядра (равно 1 для атома водорода),  \hbar  — приведённая постоянная Планка [1].

Задачу об отыскании собственных значений этого Гамильтониана невозможно решить аналитически. Задача, собственно, некорректная в том смысле, что стационарных состояний не существует. Рано или поздно электрон оторвется от атома и атом ионизируется. Линейные относительно электрического поля смещения электронных термов находятся с помощью теории возмущений. Теория возмущений справедливая, если напряженность поля не превышает 104 В ·см-1. Единственный точный результат, который вытекает из осевой симметрии задачи - это сохранение магнитного квантового числа m. Другие результаты сводятся к следующим утверждениям.

энергия основного состояния не меняется.

Первое возбужденное состояние с главным квантовым числом n=2 в случае, когда поля нет, четырёхкратно выродженно. В электрическом поле вырождения снимается частично. Два состояния остаются на месте, два другие имеют энергию

 E = -\frac{Ze^2}{8a_0} \pm 3e|\mathbf{E}|a_0 ,

где  a_0 \,  — боровский радиус.

Высшие термы атома водорода расщепляются на 2n — 1 компоненту, где n — главное квантовое число. Частичное снятие вырождения связано с тем фактом, что во внешнем электрическом поле сохраняется осевая симметрия.

Расщепление электронных термов проявляется в оптических спектрах. При этом состояния из  \Delta m = 0 , где m — магнитное квантовое число, при наблюдении в направлении перпендикулярному к полю поляризованные за полем (π-компоненты), а линии с  \Delta m = 1 — перпендикулярно к полю (σ-компоненты).

Квадратичный эффект ШтаркаПравить

В отличных от атома водорода веществ расщепление линий в электрическом поле пропорционально квадрату напряженности электрического поля. Такой эффект Штарка называется квадратичным. Теория этого эффекта была построена в 1927 г. Она утверждает, что уровень, который характеризуется главным квантовым числом n и орбитальним квантовым числом l, расщепляется на l+1 подуровней (по числу возможных значений модуля магнитного квантового числа m. Смещение каждого из подуровней пропорциональное квадрату напряженности электрического поля, но разное по величине. Более всего смещается уровень с m=0, меньше всего - с m = l.

См. такжеПравить

Эффект Зеемана

ПримечанияПравить



Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Эффект Штарка. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .


Обнаружено использование расширения AdBlock.


Викия — это свободный ресурс, который существует и развивается за счёт рекламы. Для блокирующих рекламу пользователей мы предоставляем модифицированную версию сайта.

Викия не будет доступна для последующих модификаций. Если вы желаете продолжать работать со страницей, то, пожалуйста, отключите расширение для блокировки рекламы.

Также на Фэндоме

Случайная вики