§ 191. Магнитные моменты атомов

Гипотеза о спине электрона позволяет расшифровать результаты опытов с атомными пучками для атомов разного сорта. Измерения магнитного момента являются одним из существенных способов суждения об электронном состоянии атомов. Рассмотрим, что должны дать эти опыты для первых элементов таблицы Менделеева.

Атом водорода мы изучили. Что даст пучок атомов гелия? Отсутствие расщепления. Так и должно быть; у этого атома имеются два электрона в состоянии принцип Паули требует для них противоположно направленных спинов, а значит, и магнитных моментов; суммарный магнитный момент равняется нулю.

У атома лития магнитный момент должен определяться третьим электроном, поскольку первые два, находящиеся в состоянии взаимно компенсируют действие своих спинов. Третий электрон лития находится в состоянии Поэтому, так же как и в случае водорода, магнитный момент может определяться лишь спином. Расщепление литиевого пучка на две компоненты подтверждает эти рассуждения. Так же как и у водорода, одна компонента соответствует проекции спина а другая — проекции спина —

Рис. 219.

В атоме бериллия четыре электрона, два в состоянии и два в состоянии Каждая пара электронов имеет противоположные спины, которые, компенсируясь, дают суммарный момент, равный нулю. Поэтому пучок атомов бериллия не расщепляется на компоненты.

Зато пучок атомов бора расщепляется на четыре компоненты. Откуда же они взялись? Ясно, что магнитный момент создается лишь пятым электроном, который находится в состоянии это состояние может быть осуществлено с тремя значениями магнитного квантового числа: Таким образом, орбитальный магнитный момент может иметь три значения, включая нулевое. С этими значениями складывается спиновый магнитный момент. Как они сложатся? Рис. 219 показывает всевозможные взаимные расположения моментов. Мы видим, что возможны четыре комбинации с вращательными импульсами (в единицах , обычно это указание опускают).

Еще богаче будет расщепление для атомов углерода: семь линий, включая неотклоненную, со значениями вращательного импульса 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3.