Соответствующие уровни - энергия
Cтраница 2
Поскольку к полю ядра данного атома добавляется поле взаимодействия ядер и электронов, то величина расщепления зон отличается от величины расщепления уровней энергии атомов. Опыт и расчет показывают, что, как правило, величина спин-орбитального расщепления зон энергии несколько больше расщепления соответствующих уровней энергии. Однако основные закономерности в изменении величины расщепления зон энергии с ростом заряда ядер атомов кристалла сохраняются. В настоящее время известны величины спин-орбитального расщепления зон энергии многих полупроводников. [16]
Далее, если учесть следующее по величине электрическое взаимодействие электронов между собой, то моменты импульса отдельных электронов не сохраняются, а определенное значение в стационарном состоянии системы имеет полный орбитальный момент состояния. Если указан полный орбитальный момент, то ему соответствует уровень энергии системы электронов с учетом их электрического взаимодействия между собой. Соответствующие уровни энергии вычисляются ниже. [17]
Принципиально возможен еще один механизм передачи энергии к адсорбированным мономерам-излучательный, связанный с поглощением адсорбированными молекулами квантов, испускаемых в процессах излучательной рекомбинации избыточных носителей между соответствующими уровнями в объеме. Однако и в этом случае для эффективной передачи энергии спектры испускания твердого тела и поглощения мономеров должны перекрываться. По-видимому, излучательные механизмы могут быть эффективны лишь при наличии в запрещенной зоне соответствующих уровней энергии, а также при большой доле избыточных носителей, рекомбинируюших не на поверхностных уровнях, но в объеме частиц. [18]
Принцип проведения ЯМР-эксперимента можно объяснить исходя из представлений об условии резонанса, а также о поперечной и продольной релаксации, что в свою очередь способствует разработке специального аппарата, используемого для описания эксперимента. Эти сведения достаточны также и для того, чтобы иметь возможность описания принципов ЯМР-то-мографии, пространственное разрешение которой определяется величиной градиентов магнитного поля, а разрешение по контрасту - различиями в значениях времен релаксации. ЯМР можно использовать также как аналитический метод, основываясь на том, что различные элементы и изотопы обладают различными резонансными частотами. Однако для успешного применения этого метода в химии и биохимии этой информации недостаточно. Только включение дополнительных физических взаимодействий, приводящих к расщеплению резонансных линий или к сдвигу соответствующих уровней энергии ядерного спина и соответствующих частот переходов, позволяет использовать ЯМР в качестве аналитического метода. В этом случае вместо одной резонансной линии для определенного изотопа получим в спектре несколько резонансных линий, положение которых в спектре связано со свойствами молекул. В дальнейшем обсудим основные типы указанных выше физических взаимодействий. [19]
В металле число атомных орбиталей, участвующих в образовании отдельной молекулярной орбитали, чрезвычайно велико, поскольку каждая атомная орбиталь перекрывается сразу с несколькими другими. Поэтому число возникающих молекулярных орбиталей тоже оказывается очень большим. На рис. 22.20 схематически показано, что происходит при увеличении числа атомных орбиталей, перекрыванием которых создаются молекулярные орбитали. Разность энергий между самой высокой и самой низкой по энергии молекулярными орбиталями не превышает величины, характерной для обычной ковалентной связи, но число молекулярных орбиталей с энергиями, попадающими в этот диапазон, оказывается очень большим. Таким образом, взаимодействие всех валентных орбиталей атомов металла с валентными орбиталями соседних атомов приводит к образованию огромного числа чрезвычайно близко расположенных друг к другу по энергии молекулярных орбиталей, делокализованных по всей кристаллической решетке металла. Различия в энергии между отдельными орбиталями атомов металла настолько незначительны, что для всех практических целей можно считать, будто соответствующие уровни энергии образуют непрерывную зону разрешенных энергетических состояний, как показано на рис. 22.20. Валентные электроны металла неполностью заполняют эту зону. Можно упрощенно представить себе энергетическую зону металла как сосуд, частично наполненный электронами. Такое неполное заселение разрешенных уровней энергии электронами как раз и обусловливает характерные свойства металлов. Электронам, заселяющим орбитали самых верхних заполненных уровней, требуется очень небольшая избыточная энергия, чтобы возбудиться и перейти на орбитали более высоких незанятых уровней. При наличии любого источника возбуждения, как, например, внешнее электрическое поле или приток тепловой энергии, электроны возбуждаются и переходят на прежде незанятые энергетические уровни и таким образом могут свободно перемещаться по всей кристаллической решетке, что и обусловливает высокие электропроводность и теплопроводность металла. [21]
Излучение или поглощение света соответствовало пере-I ходу электрона с одного разрешенного уровня на другой. Например, в случае молекулы водорода предполагалось ( рис. 1.1), что электроны Р4 и Р2 движутся синхронно, находясь на противоположных концах диаметра круга, расположенного симметрично относительно ядер А и В. Центробежная сила, действующая на каждый электрон, уравновешивается притяжением к двум ядрам и отталкиванием электронов между собой. Что касается квантовых условий ( фазовых интегралов), то они были введены, как и в случае одного атома, чтобы отобрать допустимые орбиты и рассчитать соответствующие уровни энергии. [22]
Для мало-мальски сложной модели такая проверка также не является корректной в силу неизбежного упрощения модели по сравнению с реальным объектом. Следовательно, нужно, чтобы существовал реальный объект настолько простой, чтобы при его описании не нужно было бы прибегать ни к каким заметным приближениям. Именно такой объект мы и имеем в виде атома водорода. Здесь всего две частицы - положительное ядро ( протон) и отрицательный электрон. Главным типом взаимодействия является лишь ку-лоновское взаимодействие заряженных частиц. Простота объекта обеспечивает возможность точного решения задачи о движении электрона вокруг тяжелого ядра или даже более сложной о движении системы протон-электрон вокруг общего центра масс. Это позволяет вычислить положения соответствующих уровней энергии и затем, опираясь на второй постулат Бора, устанавливающий соответствие между положениями уровней и спектральным экспериментом, сопоставить теоретические и экспериментальные результаты. Тот факт, что эти результаты совпадают между собой с очень высокой точностью в предположении о кулоновском взаимодействии зарядов, и дает основания утверждать, что такое взаимодействие не меняется при переходе к атомно-молекулярным объектам и соответствующим расстояниям. [23]
Прежде всего число эмиссионных линий элемента в дуге постоянного тока ( наиболее подходящем источнике для определения следов элементов) зависит от положения элемента в периодической системе. Щелочные элементы характеризуются очень простым спектром, состоящим из десятка линий, расположенных в широкой ( от ультрафиолетовой до инфракрасной) области спектра. Спектры же переходных элементов ( таких, как уран) имеют в той же области тысячи линий. При температурах плазмы дуги единственный электрон на последней орбите атомов щелочных металлов переходит на более высокую орбиту и атомы возбуждаются. По возвращении электрона на основную или промежуточные орбиты излучается одна линия, характерная для данного перехода. В атоме урана несколько электронов, находящихся в разных оболочках, переходят при возбуждении на высшие орбиты. Большое число участвующих в переходах электронов и соответствующих уровней энергии приводит к возникновению многочисленных характеристических линий спектра урана. Можно считать, что число линий в спектре элемента обратно пропорционально чувствительности анализа. [24]
Страницы: 1 2