Atomy mają moment pędu

Podobne dokumenty
Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

II.4 Kwantowy moment pędu i kwantowy moment magnetyczny w modelu wektorowym

Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym i elektrycznym

Liczby kwantowe elektronu w atomie wodoru

Spektroskopia magnetyczna

Wykład Budowa atomu 3

Stara i nowa teoria kwantowa

Spin jądra atomowego. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

Wykład FIZYKA II. 13. Fizyka atomowa. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Budowa atomów. Atomy wieloelektronowe Układ okresowy pierwiastków

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm

II.6 Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym

NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dr Marcin Lipowczan

Atom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera

Rysunek 1: Schemat doświadczenia Sterna-Gerlacha. Rysunek 2: Schemat doświadczenia Sterna-Gerlacha w różnych rzutach przestrzennych.

VIII. VIII.1. ORBITALNY MOMENT MAGNETYCZNY ELEKTRONU, L= r p (VIII.1.1) p=m v (VIII.1.2) L= L =mvr (VIII.1.1a) r v. r=v (VIII.1.3)

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Wykład Atom o wielu elektronach Laser Rezonans magnetyczny

W6. Model atomu Thomsona

Siła magnetyczna działająca na przewodnik

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego - wprowadzenie

Metody rezonansowe. Magnetyczny rezonans jądrowy Magnetometr protonowy

Stany skupienia materii

Podstawy fizyki kwantowej i budowy materii

Fizyka 3.3 WYKŁAD II

SPEKTROSKOPIA NMR. No. 0

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Atomowa budowa materii

Magnetyczny Rezonans Jądrowy (NMR)

Własności magnetyczne materii

Magnetyzm cz.i. Oddziaływanie magnetyczne Siła Lorentza Prawo Biote a Savart a Prawo Ampera

24 Spin i efekty relatywistyczne

Cząstki elementarne. Składnikami materii są leptony, mezony i bariony. Leptony są niepodzielne. Mezony i bariony składają się z kwarków.

NMR Nuclear Magnetic Resonance. Co to jest?

Podstawy fizyki kwantowej i budowy materii

Magnetyzm cz.i. Oddziaływanie magnetyczne Siła Lorentza Prawo Biote a Savart a Prawo Ampera

II.3 Atom helu i zakaz Pauliego. Atomy wieloelektronowe. Układ okresowy

III.1 Atom helu i zakaz Pauliego. Atomy wieloelektronowe. Układ okresowy

Zasady obsadzania poziomów

Własności jąder w stanie podstawowym

Fizyka atomowa r. akad. 2012/2013

Widmo sodu, serie. p główna s- ostra d rozmyta f -podstawowa

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

Atom wodoru i jony wodoropodobne

Kolokwium 2. Środa 14 czerwca. Zasady takie jak na pierwszym kolokwium

Energetyka Jądrowa. Wykład 28 lutego Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Własności magnetyczne materii

Rozdział 22 Pole elektryczne

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

II.5 Sprzężenie spin-orbita - oddziaływanie orbitalnych i spinowych momentów magnetycznych

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

Modele atomu wodoru. Modele atomu wodoru Thomson'a Rutherford'a Bohr'a

ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR)

Prawo Biota-Savarta. Autorzy: Zbigniew Kąkol Piotr Morawski

Słowniczek pojęć fizyki jądrowej

Mechanika kwantowa. Erwin Schrödinger ( ) Werner Heisenberg

Paramagnetyki i ferromagnetyki

Teoria Orbitali Molekularnych. tworzenie wiązań chemicznych

Układy wieloelektronowe

Model uogólniony jądra atomowego

Kulka krąży wokół jądra po orbicie, o ustalonych parametrach, które mogą się zmieniać tylko skokowo, kiedy elektron przeskakuje na inną orbitę.

Podstawy fizyki wykład 3

Magnetyzm. Wykład 13.

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne 1

Wykład Budowa atomu 2

REZONANSY : IDENTYFIKACJA WŁAŚCIWOŚCI PRZEZ ANALIZĘ FAL PARCJALNYCH, WYKRESY ARGANDA

Informatyka kwantowa i jej fizyczne podstawy Rezonans spinowy, bramki dwu-kubitowe

Kryształy, półprzewodniki, nanotechnologie. Dr inż. KAROL STRZAŁKOWSKI Instytut Fizyki UMK w Toruniu

WYKŁAD 2 Podstawy spektroskopii wibracyjnej, model oscylatora harmonicznego i anharmonicznego. Częstość oscylacji a struktura molekuły Prof. dr hab.

Momentem dipolowym ładunków +q i q oddalonych o 2a (dipola) nazwamy wektor skierowany od q do +q i o wartości:

Wykład 5 Widmo rotacyjne dwuatomowego rotatora sztywnego

Ładunki elektryczne i siły ich wzajemnego oddziaływania. Pole elektryczne. Copyright by pleciuga@ o2.pl

Ćwiczenie 10 Badanie protonowego rezonansu magnetycznego

Rozdział 4. Pole magnetyczne przewodników z prądem

Wykład 27. Elementy współczesnej fizyki atomów i cząsteczek.

Atomy wieloelektronowe

S r Spin wewnętrzny moment pędu (kręt) cząstki kwantowej. m s magnetyczna spinowa liczba kwantowa. Spin to kręt wewnętrzny (kwantowy)

SPEKTROSKOPIA MOLEKULARNA 2015/16 nazwa przedmiotu SYLABUS A. Informacje ogólne

30/01/2018. Wykład XII: Właściwości magnetyczne. Zachowanie materiału w polu magnetycznym znajduje zastosowanie w wielu materiałach funkcjonalnych

Podstawy Fizyki Jądrowej

Wykład XIII: Właściwości magnetyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

II.1 Serie widmowe wodoru

Atom wodoru. Model klasyczny: nieruchome jądro +p i poruszający się wokół niego elektron e w odległości r; energia potencjalna elektronu:

Wykłady z Fizyki. Kwanty

ν 1 = γ B 0 Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego h S = I(I+1)

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

FIZYKA-egzamin opracowanie pozostałych pytań

Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników

Spis treści. 1. Wstęp Masa i rozmiary atomu Izotopy Przedmowa do wydania szóstego... 13

Podstawy fizyki wykład 8

WYKŁAD 5. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Fermiony i bozony. Oddziaływanie słabe i rodziny cząstek fundamentalnych. Spin - historia odkrycia

Stany atomu wieloelektronowego o określonej energii. być przypisywane elektrony w tym stanie atomu.

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Promieniowanie dipolowe

Transkrypt:

Atomy mają moment pędu Model na rysunku jest modelem tylko klasycznym i jak wiemy z mechaniki kwantowej, nie odpowiada dokładnie rzeczywistości Jednakże w mechanice kwantowej elektron nadal ma orbitalny moment pędu i związany z nim moment magnetyczny (przeciwnie do niego skierowany)

Eksperyment Einstain'a de Haas'a

Moment pędu elektronu i magnetyczny moment dipolowy Wartość orbitalnego momentu pędu elektronu jest wielkością skwantowaną L = l l 1 ħ Magnetyczny moment dipolowy z nim związany wynosi: orb = e 2m L Wartość magnetycznego momentu dipolowego orb = e 2m l l 1 ħ Niestety nie możemy zmierzyć dośwaidczalnie zarówno L i µ (nie pozwala nam na to mechanika kwantowa)

Moment pędu elektronu i magnetyczny moment dipolowy Możemy tylko zmierzyć ich składowe względem wybranych osi w przestrzeni ( µ orb,z L z ) (np. wzdłuż linii zewnętrznego pola magnetycznego B) Rzut na wybraną oś też jest skwantowany liczbą m l orb, z = m l B Gdzie µ B jest tzw. magnetonem Bohr'a B = e ħ 2m = 9.274 10 24 J /T Składowa momentu pędu L z jest wielkością skwantowaną liczbą m l L z = m l ħ

Spin elektronu Wartość spinowego momentu pędu elektronu jest wielkością skwantowaną S = s s 1 ħ 1 1 ħ=0.866 ħ 2 12 gdzie s = ½ jest liczbą spinową elektronu Ze spinem jest związany jego magnetyczny moment dipolowy s = e 2m S s = e 2m s s 1 ħ

Spin elektronu Niestety nie możemy zmierzyć doświadczalnie zarówno S i µ (nie pozwala nam na to mechanika kwantowa) Możemy tylko zmierzyć ich składowe względem wybranych osi w przestrzeni ( µ s,z S z ) (np. wzdłuż linii zewnętrznego pola magnetycznego B) S z = m S ħ gdzie m s = -½ lub m s = +½ Składowa spinowego momentu pędu S z jest wielkością skwantowaną liczbą m s s, z = 2 m s B

Całkowity moment magnetyczny atomu Dla atomów wieloelektronowych momenty pędów elektronów sumują się wektorowo tworząc całkowity efektywny wypadkowy wektor J J = L 1 L 2 L 3... L Z S 1 S 2 S 3... S Z Dla większości elektronów w atomach orbitalne momenty pędów i spinowe momenty pędów sumują się wektorowo do zera. Dlatego o całkowitym momencie pędu atomu J i momencie magnetycznym µ eff decydują niesparowane elektrony na ostatnich powłokach

Doświadczenie Stern'a-Gerlach'a

Doświadczenie Stern'a-Gerlach'a Wiązka atomów srebra przechodzi przez niejednorodne pole magnetyczne Obserwujemy rozszczepienie wiązki na dwie części przy niejednorodnym polu magnetycznym Atomy srebra są elektrycznie obojętne, więc nie działa na nie siła Lorentz'a, więc oddziaływanie pola magnetycznego musi odbywać się z momentami magnetycznymi atomów srebra. Dlaczego rozszczepienie następuje w obecności niejednorodnego pola magnetycznego, a obecności jednorodnego nie występuje? Dlaczego rozszczepienie jest tylko podwójne?

Doświadczenie Stern'a-Gerlach'a Moment magnetyczny atomu obraca się w polu magnetycznym zewnętrznym. Energia potencjalna obróconego atomu wynosi: U = B U = z B Siła,która działa na atom jest związana z tą energią : F z = du dz = z db dz Gdyby pole było jednorodne ( tzn. db/dz=0) siła równałaby się zero.

Doświadczenie Stern'a-Grlach'a Atom srebra jest atomem wieloelektronowym. Większość elektronów jest sparowana, oprócz jednego na ostatniej powłoce. Ten jeden elektron ma akurat moment pędu = zero. Zatem o momencie magentycznym całego atomu decyduje magnetyczny moment spinowy!!! Zgodnie z wcześniejszymi ustaleniami składowa spinowego momentu magnetycznego może mieć tylko dwa kierunki: s, z = 2 m s B s, z = 2 1 2 B = B s, z = 2 1 2 B = B Dlatego siły działające na atom mogą być skierowane w górę lub w dół zgodnie z F z = ± B db dz

Rezonans magnetyczny Okazuje się, że magnetyczny moment spinowy posiadają także protony i neutrony. Z nich składa się jądro atomowe, więc jądra atomowe mają własne momenty magnetyczne Te momenty magnetyczne są jednak o wiele słabsze niż momenty magnetyczne elektronów. Jak zaobserwować moment magnetyczny protonu? - umieszczając protony w silnym polu magnetycznym. Część spinów protonów będzie ustawiona do góry, cześć do dołu oba stany mają różne energie potencjalne Aby przekonfigurować spin protonu z niższej do wyższej energii potrzeba tej energii dostarczyć z zewnątrz, np. w postaci fali elektromagnetycznej o odpowiedniej częstości h = 2 z B

Rezonans magnetyczny Zwykle protony (wodór) w cząsteczkach jest otoczony przez inne atomy oddziałujące na niego, Dlatego trzeba też uwzględnić lokalne pola magnetyczne h = 2 z B zew B lok Ustalając pewną częstotliwość fali elektromagnetycznej zmienia się wartość Bzew i rejestruje absorpcję promieniowania

Tomografia