БСЭ1/Мультиплетные спектры

← Мультиплекс

Мультиплетные спектры Большая советская энциклопедия (1-е издание)

Мультипликация →

Словник: Монада — Нага. Источник: т. XLV (1938): Монада — Нага, стлб. 589—591

МУЛЬТИПЛЕТНЫЕ СПЕКТРЫ, спектры, линии которых состоят из нескольких близких друг к другу компонент. Как показывают спектральные исследования, атомные спектры (см. Спектры оптические) состоят из отдельных линий, к-рые могут быть объединены в группыРис. 1. или серии (рис. 1). Но, кроме этого, у каждой линии такой серии наблюдается своя структура; они оказываются состоящими из нескольких тесно расположенных линий. Последнее и называется мультиплетностью (рис. 2). Объяснение структуры М. с. может быть дано в общих чертах на основе теории-атома Бора, согласно которой в атоме возможны только такиеРис. 2. движения электронов, при которых энергия принимает дискретные значения, характеризуемые числами $n_{1,}n_{2},...,$ которые могут принимать различные целые значения. Значение энергии, соответствующее определенным значениям чисел $n_{1,}n_{2},...,$ называется уровнем энергии атома. Согласно теории Бора, если атом (вернее — валентный электрон атома) переходит с одного энергетич. уровня $E_{n}$ на другой уровень $E_{m}$, то атом излучает при этом монохроматич. свет с частотой, определяемой формулой

$v={\frac {E_{n}-E_{m}}{h}}.$

В случае атома водорода энергетич. уровни представляют собой простую последовательность, определяемую одним квантовым числом $n$. Для более сложных атомов, нежели атом водорода, эта простая последовательность уже не имеет места.Рис. 3. Вследствие более сложного характера взаимодействия между оптическим (валентным) электроном, и атомным остатком (т. е. совокупностью ядра атома и внутренних близких к ядру электронов) движение оптического электрона, или, иначе, состояние атома, уже не может быть описано с помощью такой простой схемы и, следовательно, одного квантового числа. В этом случае необходимо для описания атомной системы учесть прецессию орбиты электрона. Для этого необходимо ввести еще одно квантовое число $l$. Таким образом, система уровней энергии атома уже не будет простой, так как каждый уровень теперь характеризуется значениями двух квантовых чисел $n$ и $l$. Число $n$ характеризует средний диаметр орбиты оптич. электрона. Изменения его приводят к наибольшим изменениям энергии атома, поэтому оно называется главным квантовым числом. Число $l$ характеризует форму орбиты и вместе с тем ее общий вращательный момент и прецессию. Таким образом, последовательность уровней энергии атома разбивается на несколько рядов уровней, каждому из которых соответствует определенное значение числа $l$, в то время как $n$ может принимать любые значения. Эти ряды обозначаются буквами $S,P,D,F,...,$ соответственно значениям числа $l=0,1,2,3,...$ На рис. 3 приведена схема энергетич. уровней атома щелочного металла. Число, стоящее впереди символа, дает значение главного квантового числа, соответствующего этому уровню.

Несмотря на то, что спектральные серии атомов в общем соответствуют указанной схеме, все же, как показывает опыт, она оказывается недостаточной для полного описания атомного спектра. Излучаемые спектральные линии имеют значительно более сложную структуру, называемую мультиплетной структурой. Соответственно количеству, компонент в мультиплете спектральные линии могут быть: одиночными (сингулеты), двойными (дублеты), тройными (триплеты) и т. д. Согласно гипотезе Юленбека и Гаудсмита, это обусловлено тем, что электрон имеет собственное вращение (спин), т. е. обладает механическим моментом и магнитным моментом (см. Магнитный момент атома, Магнитный момент электрона). Взаимодействие магнитного момента электрона, обусловленного его собственным вращением, и магнитного поля, обусловленного движением электрона по орбите, и вызывает появление пространственной прецессии вращательного момента орбиты и прецессии вращательного момента электрона, что характеризуют введением третьего квантового числа $j$. Таким образом, каждый энергетич. уровень в атоме будет характеризоваться уже совокупностью трех чисел $n,l,j.$ Для атома, имеющего несколько валентных электронов, в случае нормальной магнитной связи, заключающейся в том, что мы можем суммировать отдельно собственные вращательные моменты электронов и отдельно орбитальные моменты, наивысшая мультиплетность спектра на единицу больше числа валентных электронов. Соответственно наличию трех квантовых чисел принята следующая схема обозначения энергетич. уровней, напр., для случая атома с одним валентным электроном

$n~^{M}S_{j},~n~^{M}P_{j},~n~^{M}D_{j}$ и т. д.,

где $n$ означает главное квантовое число, $S,P,D$ — символич. обозначения, соответствующие различным значениям $l,M$ указывает мультиплетность уровня и $j$ — соответствующее значение результирующего вращательного момента атома. — Тщательные спектроскопич. исследования, однако, показали, что во многих случаях спектральные линии оказываются расщепленными на ряд еще более близких между собой компонент. Это явление называют сверхтонкой структурой спектральных линий, так как это расщепление во много раз меньше расщепления, обусловленного магнитным моментом электрона, и объясняется наличием магнитного момента у ядра. Исследование сверхтонкой структуры позволяет экспериментально определить величину магнитного момента ядра. Такие измерения оказываются в согласии с теорией.

И. Фабелинский.