Химическая энциклопедия

ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ

расщепление уровней энергии квантовой системы в магн. поле (снятие вырождения). Проявляется как расщепление спектральных линий атомов, молекул, кристаллов при квантовых переходах между возникшими подуровнями. Величина расщепления (расстояние между подуровнями) зависит от напряженностиНвнеш. магн. поля. Как правило, в области, занимаемой атомом или молекулой,Нменяется настолько мало, что магн. поле может считаться однородным. Энергия Е0квантовой системы в однородном магн. поле меняется на величину:

W = -m->1/2Hc->...,

гдеm-магнитный моментсистемы,c- тензop магн. восприимчивости, определяющий наведенный (индуцируемый) магн. моментmинд=1/2cН.> В выражении для поправки Wкэнергии Е0записаны только первый и второй члены разложения поН; соответственно говорят о 3. э. первого и второго порядков. Зеемановские подуровни (компоненты зеемановского мультиплета) с энергиями (Е0+ Wi) соответствуют разл. проекциям магн. моментовmиmиндна направление поляH(проекции нумеруются индексом i). При малых напряженностях однородного магн. поля, напр. Нz,направленного вдоль осиz,для расчета 3. э. достаточно ограничиться первым порядкомвозмущений теории.Для атома в состоянии с отличным от нуля полным моментом кол-ва движения=L+S(->орбитальный,S-спиновый моменты кол-ва движения) энергия разл. зеемановских подуровней определяется проекциями электронного магн. момента и рассчитывается по ф-ле:

WJz=mБgJzJzHz(1)

где mБ- магнетон Бора, Jz<-> проекция полного момента на направление поля (Jz= -J, -J+ 1,..., J), gJz- электронный g-фактор Ланде, равный:

(ge= 2,0023 - т.наз. g-фактор своб. электрона). При больших напряженностях Hz, когда зеемановское расщепление превосходит по величине расщепление, обусловленноеспинорбитальным взаимодействием,ф-ла (1) заменяется следующей:

WLz,Sz=mБ(Lz+2Sz)Hz(2)

Здесь Lz= -L, -L+1,...,L; Sz= -S, -S+1,...,S. В этом случае обычно говорят об эффекте Пашена-Бака. Величина расщепления, обусловленного электронным магн. моментом, составляет при Hz~ 1 Тл величину ~0,5gJcм-1, т. е. 0,5-1 см-1. Частоты переходов между зеемановскими подуровнями лежат в микроволновом диапазоне (1 см-1~ 30000 МГц). Так, электронный переход 1S : 1Ру Mg в отсутствие магн. поля проявляется как линия с частотой 35061,6 см-1, а в магн. поле напряженности Нz~2 Тл - как три линии с расстоянием между соседними линиями ~1 см-1. У молекул возможны разл. проявления 3. э. в зависимости от того, какие составляющие ее магн. момента играют при этом определяющую роль. Так, для многоатомных молекул, не обладающих сферич. или осевой симметрией, в конденсир. фазе среднее значение орбитального момента кол-ва движения электронов близко к нулю, вращение молекулы как целого также отсутствует. Для таких молекул магн. момент определяется суммарным спином S электронов: если S№0, то имеются неспаренные электроны (частицы парамагнитны). Расщепление на зеемановские подуровни определяется величиной WS(1)~ gemБmSHz,где mS=-S, -S +1,..., S - проекция спина на направление поля. Если в молекуле имеются ядра со спинамиIa, происходит дополнит. расщепление уровней WS(1)обусловленное ядерными магн. моментами и определяемое оператором вида Ч , где m0- ядерный магнетон (примерно в 2000 раз меньший mБ), ga->ядерный g-фактор (равный, напр., 5,5854 для1Н и 0,8574 для2Н), sa- константа магн. экранирования ядра а электронами молекулы. При действии на систему переменного электромагн. поля с частотой, отвечающей разности энергий между соответствующими зеемановскими подуровнями, происходит резонансное поглощение энергии электромагн. поля -электронный парамагнитный резонанс.Указанные малые поправки, обусловливающие расщепление подуровней WS(1)за счет взаимод. магн. моментов ядер с полем, приводят к появлению в спектрах ЭПР сверхтонкой структуры. Взаимод. неспаренных электронов с магн. моментами ядер ионов, окружающих парамагн. частицу в кристалле, также приводит к дополнит. расщеплению зеемановских подуровней (суперсверхтонкая структура спектра ЭПР). Для диамагн. многоатомных молекул, у к-рых L = 0 и S = 0, расщепление в магн. поле на зеемановские подуровни определяется прежде всего магн. моментами ядер (с учетом экранирования sa). Спектр поглощения электромагн. излучения в этом случае наз. спектромядерного магнитного резонанса.Дополнительное, более слабое расщепление, характеризующее тонкую структуру зеемановских подуровней и спектра ЯМР, связано с взаимод. магн. моментов ядер между собой, т. е. с ядернымспин-спиновым взаимодействием.Величины расщеплений в спектрах ЯМР значительно меньше, чем в случае 3. э., обусловленного электронным магн. моментом, прежде всего из-за соотношения m0и mБ. Молекулы в газовой фазе обладают вращат. моментом кол-ва движенияR. В магн. поле возникает расщепление вращат. уровней, определяемое взаимод. с полем вращат. магн. момента молекулы m0gR, где g - мол. g-фактор (в общем случае тензор второго ранга). Компоненты мол. g-фактора для нейтральных молекул обычно очень малы; так, для линейной молекулы (ось молекулы - ось z) F-C=C-H gzz= 0, gхх= gуу=>- 0,0077 b 0,0002, для молекулы CH3F (ось симметрии - ось z)gzz=+ 0,310, gхх=>gуу=>- 0,061 b 0,002. Расщепление вращат. уровней в магн. поле и связанная с ним тонкая структура вращат. спектров позволяют определять мол.g-факторы. Для молекул в газовой фазе 3. э. второго порядка, связанный с их магн. восприимчивостью c, дает информацию об анизотропии магн. восприимчивости, что, совместно с данными по молекулярнымg-факторам и моментам инерции, позволяет вычислять компоненты электрич.квадрупольного моментамолекул и устанавливать знак их постоянногодипольного момента.Анализ эксперим. данных по 3. э. первого и второго порядков приводит также к независимому определению диа- и парамагнитной составляющихмагнитной восприимчивостимолекул. Впервые 3. э. наблюдал П. Зееман в 1896 при исследовании свечения паров натрия в магн. поле.Лит.:Эткинс П., Кванты. Справочник концепций, пер. с англ., М., 1977; Флайгер У., Строение и динамика молекул, пер. с англ., т. 1-2, М., 1982.Н. Ф. Степанов.


  1. зеемана эффект—расщепление спектральных линий под действием магнитного поля. Открыто в П. Зееманом при исследовании свечения паров натрия в магнитном поле. Для наблюдения З. э. источни...Большая Советская энциклопедия II
  2. зеемана эффект—ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Во внешнем магнитном поле атомная система обладающая магни...Большой энциклопедический словарь III
  3. зеемана эффект—ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Во внешнем магнитном поле атомная система обладающая магн...Большой Энциклопедический словарь V
  4. зеемана эффект—расщепление уровней энергииi а следовательно и спектральных линийi атома и др. атомных систем в магн. ноле. Во внеш. магн. поле атомная система обладающая магн. моментом ...Естествознание. Энциклопедический словарь
  5. зеемана эффект—расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Открыт голландским физиком П. Зееманом в ....Иллюстрированный энциклопедический словарь
  6. зеемана эффект—ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Открыт голландским физиком П. Зееманом в ....Современная энциклопедия
  7. зеемана эффект—ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Во внешнем магнитном поле атомная система обладающая магни...Современный энциклопедический словарь
  8. зеемана эффект—расщепление уровней энергии и спектр. линий атома и др. ат. систем в магн. поле. Открыт в голл. физиком П. Зееманом P. Zeemaii при исследовании свечения паров натрия в м...Физическая энциклопедия
  9. зеемана эффект—ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Во внешнем магнитном поле атомная система обладающая магн...Энциклопедический словарь естествознания
  10. зеемана эффект—ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТрасщепление линий атомных и молекулярных спектров под действием магнитного поля. Этот эффект сыграл важную роль в развитии атомной теории. Он показал что ис...Энциклопедия Кольера II
  11. зеемана эффект—расщепление линий атомных и молекулярных спектров под действием магнитного поля. Этот эффект сыграл важную роль в развитии атомной теории. Он показал что испускание света...Энциклопедия Кольера