Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

Квантовая механика:

Конкретное число отдельных ориентировок в отклоненном пучке.

Требование соответствия числа ориентировок нечетному числу возможных значений z.

Разногласие с экспериментальными наблюдениями двух (четное число) компонент в отклоненном пучке атомов серебра.

31

Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

1927: простейший эксперимент Фиппса и Tэйлора – использование пучка атомов водорода

с единственным электроном в основном состоянии.

Водород в основном состоянии: l = 0 (ml = 0 и = 0).

Ожидание: пучок атомов водорода не должен отклоняться.

Эксперимент: пучок расщепляется и отклоняется.

Вывод о невозможности объяснить результаты эксперимента связью между магнитным моментом атома и его орбитальным моментом импульса L.

32

Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

Удобное, но физически некорректное, предположение – электрон, помимо движения по орбите вокруг ядра, вращается вокруг своей оси.

Два возможных направления вращения электрона вокруг своей оси.

Спин	Спин
вверх	вниз

Присутствие магнитного поля – небольшое отличие в энергии при вращении электрона с разной ориентацией спина.

Результат - появление дублета.

33

Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

Возможность получения трех квантовых чисел (n, l и ml)

в результате применения граничных условий к решениям уравнения Шредингера.

Невозможность получения четвертого квантового числа –

спинового магнитного квантового числа ms путем решения уравнения Шредингера.

34

Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

Свидетельство экспериментальных наблюдений в пользу существования у электрона собственного вращательного момента импульса.

Поль Дирак (1902-1984):

связь четвертого квантового числа с релятивистскими свойствами электрона и его собственным вращательным моментом импульса.

Наблюдение Вольфганга Паули и Нильса Бора за вращением волчка.

Аналогия между спином электрона и вращательным движением волчка,

но в то же время отличия во многих аспектах.

35

Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

Эксперимент Фиппса-Тэйлора - подтверждение гипотезы Годсмита и Уленбека о существовании у электрона собственного момента импульса S (спина), помимо орбитального момента импульса L.

Спин, как масса и заряд, - свойство, присущее частице, независимо от ее окружения.

Квантовая механика:	Классическая физика:
Спин никогда	вращение заряда замедляется,
не изменяется.	создаваемое переменное магнитное поле
	вызывает появление эдс Фарадея.

противоречие

Предсказание вращения приповерхностных областей в

электроне со скоростью, превыщающей скорость света.

36

Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

Спин - вид вращательного момента и должен подчиняться таким же квантовым правилам как и орбитальный момент импульса.

Спиновый момент импульса S электрона S				3		.
	s s 1

Спиновое число s = 1/2.	2
Пространственное квантование спина – возможность
реализации двух ориентаций относительно оси z,
задаваемых спиновым магнитным квантовым числом
ms = 1/2.
z-компонента спинового момента импульса
1
Sz ms 2 .
Соответствие значений Sz= ħ / 2
двум возможным ориентациям S.
Запрет ориентации спина вдоль оси z.	37

Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

	Связь спинового магнитного момента спин		e
	электрона с его спиновым моментом импульса S	спин		S.
			m

Превышение в два раза отношения магнитного момента к вращательному моменту в случае

вращения электрона вокруг своей оси по сравнению со случаем его движения по орбите.

Sz 1		спин,z	e	.
2			2me

магнетон Бора B.

Вывод: появление магнитных моментов как у атомов серебра, так и у атомов водорода в результате существования у них спинового момента импульса без вклада со стороны орбитального момента импульса.

38

Контрольный вопрос

Число возможных подоболочек для оболочки с n = 4 в атоме водорода

равно

(a) 5

(б) 4

(в) 2

(г) 1.

39