Спектральные серии излучения атома водорода. Правила отбора для дипольных переходов.

Спектральные серии водорода — набор спектральных серий, составляющих спектр атома водорода. Поскольку водород наиболее простой атом, его спектральные серии наиболее изучены. Они хорошо подчиняются формуле Ридберга

 где R = 109 677 см−1 — постоянная Ридберга для водорода, n — основной уровень серии. Спектральные линии возникающие при переходах на основной энергетический уровень называются резонансными, все остальные — субординатными.

24. Магнитный момент атома, его связь с орбитальным моментом. Опыты Штерна и Герлаха. Спин электрона.

Молекулы (атомы, ионы) вещества представляют собой динамическую систему заряженных частиц, и, следовательно, создают внутри вещества свое магнитное поле внутр, которое называется внутренним магнитным полем. Это поле обусловлено существованием у молекул (атомов, ионов) магнитных моментов , так, движение электрона по замкнутой орбите вокруг ядра в атоме можно рассматривать как круговой ток I = ev (е - заряд электрона, v - частота вращения его по орбите) и, следовательно, можно этому току приписать магнитный момент ()орб = evS  , где S - площадь орбиты. Этот момент называется орбитальным магнитным моментом. Опыт подтвердил наличие у атомов спина (изначально в эксперименте участвовали атомы серебра, а потом и других металлов) и факт пространственного квантования направления их магнитных моментов. Опыт состоял в следующем: пучок атомов серебра пропускали через сильно неоднородное магнитное поле, создаваемое мощным постоянным магнитом. При прохождении атомов через это поле, в силу обладания ими магнитных моментов, на них действовала зависящая от проекции спина на направление магнитного поля сила, отклонявшая летящие между магнитами атомы от их первоначального направления движения. Причём, если предположить, что магнитные моменты атомов ориентированы хаотично (непрерывно), то тогда на расположенной далее по направлению движения атомов пластинке должна была проявиться размытая полоса. Однако вместо этого на пластинке образовались две достаточно чёткие узкие полосы, что свидетельствовало в пользу того, что магнитные моменты атомов вдоль выделенного направления принимали лишь два определённых значения, что подтверждало предположение квантово-механической теории о квантовании магнитного момента атомов. В субстанциональной модели спин электрона носит не статическую, а динамическую природу. Он появляется за счёт сложного движения электронного облака вокруг ядра в результате взаимодействия с фотоном или другим электроном. Вещество электрона вращается вокруг центра инерции облака, давая орбитальную компоненту момента импульса. Кроме этого возникает общее вращение облака вокруг ядра атома, выражающееся во вращении центра инерции облака относительно ядра и в появлении соответствующей компоненты момента импульса. Эта компонента и является так называемым динамическим спином электрона. Она ответственна за излучение электромагнитного кванта при переходе электрона с верхнего уровня энергии на нижний, а также за спиновый магнитный момент. В отсутствие динамического спина излучение из атома стремится к нулю. Вследствие различия вращательных движений вещества, ответственных за динамический спин и орбитальное вращение, возникает различие значений g-факторов в формулах, связывающих спиновый и орбитальный моменты импульса и соответствующие им магнитные моменты. Согласно расчётам в основном состоянии атома, а также в s-состояниях магнитный момент электрона в атоме связан не со спином (в этих состояниях динамический спин равен нулю, центр электронного облака не вращается относительно ядра), а с орбитальным вращением вещества электронного облака. Динамический спин и соответствующий ему спиновый магнитный момент для простейшего случая плоского движения вещества могут иметь два направления относительно орбитального момента электрона. Это приводит к энергии взаимодействия магнитного момента электрона и магнитного момента ядра, вращающегося относительно центра инерции электронного облака. Данная энергия приводит к расщеплению уровней энергии на дублеты в водородоподобном атоме, к мультиплетности и к тонкой структуре атомных спектров. В субстанциональной модели электрона даётся своё объяснение лэмбовскому сдвигу уровней энергии, принципу Паули, магнитомеханическим явлениям с электронами, связывающим намагничение образцов с их вращением