Почему разные атомные изотопы имеют разные атомные спектры?

Мы знаем, что разные элементы имеют разные атомные спектры из-за разницы в заряде и электронной защите, которая возникает, когда к ядру добавляются дополнительные протоны.

Мы также знаем, что дейтерий был открыт в 1931 году Гарольдом Юри в результате различных атомных спектров между водородом-1 и водородом-2. Если заряд внутри ядра не меняется, то почему изменяется атомный спектр?

Ответы (1)

Когда мы решаем уравнение Шредингера для атома водорода, мы обнаруживаем, что энергетические уровни

Е н "=" − α 2 м с 2 2 н 2 "=" − 13,6 е В н 2

где α ≈ 1 / 137 постоянная тонкой структуры и с это скорость света. Обычно мы приближаемся м как масса электрона, но это на самом деле неправильно. Правильным параметром массы является «приведенная масса». мю электронно-ядерной системы, которая подчиняется

1 мю "=" 1 м е + 1 м н "=" 1 м е ( 1 + м е м н )

Дополнительный нейтрон в дейтерии примерно удваивает массу ядра, что меняет мю (и поэтому Е ), начиная с четвертой или пятой значащей цифры.

Означает ли это, что относительное изменение между спектрами водорода-3 и водорода-2 меньше, чем у водорода-2 и водорода-1, потому что переход от водорода-1 к водороду-2 примерно удваивает массу, а переход от водорода-2 до водорода-3 только увеличивает массу примерно в 1,5 раза?
Это верно, хотя в реальном спектрометре вы в основном будете сравнивать тритий с протием.
Существует также вклад (небольшого) изменения в распределении заряда ядра. В водороде он мал по сравнению с эффектом массы, но при больших Z это доминирующий эффект.
@CWPP Можете ли вы дать ссылку на такие очень большие сверхтонкие эффекты?
Ядерный спин! Кроме того, некоторые крайние примеры уменьшенной массы в этом ответе на вопрос Что такое «водородоподобный» или «водородный» атом?
Как эффект разности масс соотносится с эффектом спин-спинового взаимодействия?
@Sandejo Это большая тема, и сверхтонкая спектроскопия не моя область. Я предлагаю вам задать новый вопрос.
Почему разные атомные изотопы имеют разные атомные спектры?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v