A magkémia alapjai Magpotenciálok, magspin, mágneses momentumok & kölcsönhatások
Nagy Sándor ELTE, Kémiai Intézet
03
E grad U r U r U U U , , y z x
T
Mondom: NIN-CSEN
!
TÉR-E-RŐŐŐŐ
A tömör golyó töltéseloszlásához ez a radiális potenciálmenet tartozik. A sárgával árnyalt töltéseloszláshoz nem pontosan ez a függvény írja le a potenciált.
A mag két egyszerűsített töltéseloszlás-modellje közül mi az egyszerűbbnél maradunk, mely szerint a mag olyan, mint egy tömör golyó.
(magrádiusz)
(a mag „héja” ~1 fm)
Az ábrák a mag töltéseloszlását mutatják, mely korántsem homogén. Nyilván a mag tömegeloszlása sem lehet az, hiszen összefügg a töltést hordozó protonok eloszlásával. Furcsa viszont, hogy a töltéseloszlás nem tükrözi hűen a tömegeloszlást. Persze, ha a glóriás magok létezésére gondolunk…
α ≡ UR A
m ag
ele k
Az atommag töltéssűrűségét homogénnek tekintjük egy gömbön belül.
R RN
tro
m
os
A pozitron által érzékelt potenciálisenergia-bucka
po
ten ciá lja
A maggal kölcsönható részecskékre nemcsak a Coulomberő hat. A kifakított ábrára visszatérünk a magreakcióknál.
Vajon a pici mag visszalöki az α-t? Naná, hogy!
No persze csak bizonyos valószínűséggel. Erről szól az alagúteffektus is.
27Al
eJava potenciálgödörről
Aha! A mag túl szűk az elektronnak!
Erről szólt Rutherford 1920-as feltevése, miszerint a protonok egy része mini hidrogénatomok formájában van jelen a magban. De emlékszünk: ez még a kvantummechanika megszületése (1924) előtt volt.
Ezt úgy is megfogalmazhatjuk, hogy olyan mini hidrogén-atomok nem létezhetnek, amelyek az atommagban is elférnének. A magspin első közelítésben. Nagyjából stimmel, de I az egész mag impulzusmomentumát tartalmazza. Nem mintha a müon mezon volna persze. De mμ OK!
Hm… A magspin sincs rendben! Akkor mi van az impulzusmomentum megmaradásával?
I → vektor Abban az értelemben volt elemi, hogy a szerkezetét nem ismerték, ezért a megfigyelt perdületét (impulzusmom.) pörgésnek (spin) tulajdonították.
I → skalár Hm… Mert a pályamomentum egész?
Helyi jelölések: V valamilyen kvantált vektor (V) V a vektor kvantumszáma (V?) |V| a vektor hossza (V) Véssétek jól az eszetekbe a valamennyi × (valamennyi + 1) szabályt. Ennek négyzetgyöke általában kisebb valamennyinél: V |V| (/egység)
2I + 1 = 3, tehát: I = 1
2J + 1 = 4, tehát: J = 3/2 Tippek?
I
gazodj!
Jó!
Hogy el ne feledjem!
„Ultiszabály” Goudsmit 1926
Elektronspin: minimágnesként duplán számít
Pályamom. Spinmom. Olyan, mintha…
Hogyan viszonylik egymáshoz a 3 rajz?
proton
neutron Másrészt viszont lehet is, hiszen ki tudja, mit művelnek azok a kvarkok odabent!
I: áramerősség Kvantumos közelítés Jobbkézszabály
-e
μ
Ellentétes töltés!
B
+eZ Klasszikus közelítés
μ Larmor-precessziója
„Anyagtudományi” konzekvencia: a makroszkopikus mágneses tulajdonságokért csak az elektronok felelősek, a mag nem számít.
Az alábbi ábra negatív részecskére (e-) vonatkozik.
Pozitív részecskére, mint az atommag, az impulzusmomentum (szürke) kúpja és a kapcsolatos mágneses momentum (átlátszó) kúpja azonos térfélbe esne. Mágneses térben az L impulzus-momentum különböző beállásai eltérő energiájúak a kapcsolt μ miatt.
É
1.
É
2.
Mi történik, ha a kis iránytűt ráhelyezem a nagy közepére?
D
É
D 3.
D 1. Egymástól független mágneses dipólusok geomágneses térben (→Zeeman-effektus) 2. Csatolt dipólusok ugyanabban a térben (→ Zeeman-effektus) 3. Erős mágnes a csatolást lerombolja (→Paschen-Back-effektus)
Mi történik, ha a fenti összeállítás közelébe egy nagyon erős mágnest teszek, melyhez képest a Föld tere smafu? Erős mágnes
3 szint
2 szint
3 szint
For the benefit of international students who may choose this course in future.
Akik ezt a HF-et megoldották, mind azt mondták, hogy jobban felfogták a dolog lényegét.
Ismételjük át még egyszer: Ez azért van így, mert a megfelelő vektorok hossza:
~ x x 1 az iránykvantálás miatt mindig nagyobb a (B irányú) vetületüknél:
~ x x x 0
