اندیشه وجود عدد کوانتومی اسپین



این مطلب از بخش آموزش وب‌سایت المپیاد شیمی رشد،انتخاب شده که با فرمت pdf نیز در وب‌سایت المپیاد رشدموجود می‌باشد. برای مشاهده این موضوعات در وب‌سایت المپیاد، به آدرس فهرست مطالب شیمی مراجعه کنید. همچنین می‌توانید با کلیک اینجا‌ ، با ویژگی‌های بخش آموزش این وب‌سایت آشنا شوید.


منشاء انديشه وجود عدد كوانتومي اسپين


اين انديشه از آنجا منشاء گرفت، كه دانشمندان براي توجيه يك واقعيت معروف مربوط به خطوط طيفي سديم دچار اشكال شدند. مي‌دانيم هرگاه اندكي نمك سديم را روي شعله بريزيم، شعله زرد رنگ مي‌شود. هرگاه اين نور زرد رنگ از منشور طيف‌نما بگذرد، به چند خط طيفي تجزيه مي‌شود. شكل (الف) يك خط را نشان مي‌دهد. طيف‌نماي دقيق‌تر همين خط را مطابق شكل (ب) به صورت يك جفت خط زرد رنگ نزديك به يكديگر نشان مي‌دهد (دوبل اصلي). تئوري بوهر كلاً از توجيه اين پديده، چه از نظر كيفي و چه از لحاظ محاسبات كمي عاجز ماند.( .واقعيت آن است كه دو نفر دانشمند به نامهاي Uhlenbeck and Goudsmit در سال 1925 براي تفسير برخي طرحهاي ساختماني مرموز در طيف ئيدروژن، نياز به وجود چهارمين عدد كوانتومي را پيش‌بيني كرده بودند.) (شكل پ) نيز تفكيك دو خط (دوبل اصلي) سديم را در ميدان مغناطيسي نشان مي‌دهد. (از ماكس بورن) سومرفلد طرفدار پر و پا قرص! تئوري بوهر و تعديل كننده آن، مجدداً و به كمك نظريه وجود مدارهاي بيضي به ياري شتافت و ظاهراً موفق شد كه طيف سديم و ساير فلزهاي قليايي را توجيه كند.
img/daneshnameh_up/5/54/mch0078a.jpg
ولي طولي نگذشت كه اين توجيه آشكارا در تفسير مشاهده‌هاي ديگر عاجز ماند و سرانجام همراه با كل نظريه مدارهاي بيضي عنوان يك "نظريه كوانتومي قديمي" را به خود گرفت و وارد كتابهاي تاريخ علم گرديد!
وجود اسپين الكترون، در آزمايشي كه اوتو اشترن و والتر گرلاخ در سال 1921 گزارش دادند. به اثبات رسيد.
شكل زير آزمايش تاريخي و جالب مربوط به عبور دادن شعاع باريكي از بخارات فلز نقره در يك ميدان مغناطيسي غيريكنواخت را نشان مي‌دهد.
img/daneshnameh_up/d/d2/mch0078b.jpg
بخارات نقره از يك كوره برقي كه سوراخ كوچكي دارد،‌ فوران مي‌كند و به يك صفحه سوراخ‌‌دار برخورد مي‌نمايد. شعاع باريك و يكتايي از اتمهاي نقره پديد مي‌آيد كه پس از عبور از ميدان آهنربايي به دو شعاع تفكيك مي‌گردد و اين خود نشانه وجود دو گشتاور زاويه‌اي دروني ممكن است. اضافه بر اين، اين دو شعاع مطابق شكل، به فاصله يكسان و به طور متقارن نسبت به محور، منحرف مي‌شوند. (يكي به سوي بالا و ديگري به سوي پايين) و اين نيز مي‌رساند كه دو مقدار گشتاور مغناطيسي توسط اتمهاي نقره كسب شده كه از لحاظ كميت يكسان و از لحاظ علامت مخالف است.
عدد اتمي نقره 47 است. بنابراين مي‌توان گفت كه 23 الكترون اتم آن داراي عدد كوانتومي مغناطيسي و 23 الكترون ديگر آن بوده كه چون در اوربيتال لايه‌هاي زيرين جفت شده‌اند، از اين‌رو خواص مغناطيسي معمولي ندارند. فقط يك الكترون اتم نقره در سطح ظرفيتي وجود دارد كه آن در نيمي از اتمها و در نيمي ديگر است.
بدين ترتيب اتمهاي نقره گشتاور مغناطيسي دارند كه در اين ميدان، تحت تأثير گشتاور چرخشي قرار گرفته و خود را در امتداد خطوط ميدان آهنربايي قرار مي‌دهند. از سوي ديگر همين اتمها تحت تأثير نيروي منحرف كننده‌اي قرار مي‌گيرند كه حاصل تفاوت ميان شدت ميدان "احساس شده" به وسيله دو قطب آنهاست. در اين شرايط و برحسب جهت چرخش الكترون به دور خود، جهت‌گيري نيمي از اتمها در راستاي تقويت ميدان آهنربايي بوده و نيمي‌ديگر در راستاي مخالف قرار مي‌گيرد. اين آزمايش با فلزهاي قليايي كه يك الكترون در سطح ظرفيتي دارند،‌ به نتايج مشابه مي‌رسد.


پیوند های خارجی

http://Olympiad.roshd.ir/chemistry/content/pdf/0130.pdf




تعداد بازدید ها: 13511