Ключовата разлика между фината и свръхфината структура е, че при фините структури разделянето на линиите е резултат от енергийните промени, които се получават от спин-орбиталното свързване на електроните, докато при свръхфините структури разделянето на линиите е резултат на взаимодействието между магнитното поле и ядрения спин.
Обикновено фината структура описва разделянето на линиите на спектралните линии на атомите, което възниква в резултат на въртене на електрони и релативистични корекции на нерелативистичното уравнение на Шрьодингер. От друга страна, свръхфината структура е резултат от взаимодействието между вътрешно генерирано електрическо и магнитно поле и ядрото на атомите или ядрата в молекулите.
Какво е фина структура?
Фината структура е разделянето на спектралните линии на атомите в резултат на въртене на електрони и релативистични корекции на нерелативистичното уравнение на Шрьодингер. Това явление е измерено за първи път от Албърт А. Майкелсън и Едуард У. Морли през 1887 г. за водородния атом. Основата за тяхното измерване са теориите, въведени от Арнолд Зомерфелд. Тези измервания доведоха до въвеждането на константата на фината структура. Константата на фината структура е безразмерно число, което е приблизително равно на 1/137.
Фигура 01: Модел на разделяне на фина структура за деутерий (охладен)
Можем да дадем общата структура на линейните спектри, използвайки прогнозите на квантовата механика на нерелативистични електрони, които нямат спин. Например, във водороден атом грубата структура зависи главно от главното квантово число, n. По-точен модел също ще използва релативистични и спинови ефекти на атома, които могат да нарушат дегенерацията на енергийните нива на водородния атом и да доведат до разделяне на спектралните линии. Можем да дадем мащаба на разделянето на фината структура по отношение на брутната структурна енергия като (Za)2, където Z е атомният номер, а a е структурната константа на перките.
Какво е свръхфина структура?
Свръхфината структура е разделянето на енергийните нива в атомите, молекулите и йоните поради взаимодействието между електронните облаци и ядрото. Обикновено свръхфина структура възниква в атомите поради енергията на ядрения магнитен диполен момент, който взаимодейства с магнитното поле, което се генерира от електроните и енергията на ядрения електрически квадруполен момент в градиента на електрическото поле. Това се случва поради разпределението на заряда в атома.
Фигура 02: Фини и свръхфини структурни модели за неутрален водороден атом
По подобен начин свръхфина структура в молекула възниква поради ефектите на енергията на ядрения магнитен диполен момент и магнитното поле, но освен това включва и енергията, която е свързана с различни магнитни ядра в молекулите. Той също така включва взаимодействието между ядрените магнитни моменти и магнитното поле, което се генерира от въртенето на молекулата.
Каква е разликата между фина и свръхфина структура?
Общо взето, фината структура описва разделянето на линиите на спектралните линии на атомите в резултат на въртене на електрони и релативистични корекции на нерелативистичното уравнение на Шрьодингер. Ключовата разлика между фината и свръхфината структура е, че при фините структури разделянето на линията е резултат от енергийните промени, които се получават от спин-орбиталното свързване на електроните, докато при свръхфините структури разделянето на линията е резултат от взаимодействието между магнитно поле и ядрено въртене.
Таблицата по-долу обобщава разликата между фини и свръхфини структури.
Резюме – фина срещу свръхфина структура
Фината структура е разделянето на спектралните линии на атомите, което се случва в резултат на въртене на електрони и релативистични корекции на нерелативисткото уравнение на Шрьодингер. Междувременно свръхфината структура е разделянето на енергийните нива в атомите, молекулите и йоните поради взаимодействието между електронните облаци и ядрото. Ключовата разлика между фината и свръхфината структура е, че при фините структури разделянето на линията е резултат от енергийните промени, които се получават от спин-орбиталното свързване на електроните, докато при свръхфините структури разделянето на линията е резултат от взаимодействието между магнитно поле и ядрен спин.
