Энергия взаимодействия квадрупольного момента ядра с градиентом напряженности электрического поля. Квадрупольное расщепление

Второе слагаемое Кз (9.53) в третьем члене соотношений (9.47) и (9.48) обусловливает так называемые квадруполъные эффекты. Этот тип взаимодействий называется электрическим сверхтонким. В отличие от рассмотренного в предыдущем подразделе это взаимодействие при наличии неоднородного электрического поля в области расположения ядра приводит к расщеплению его энергетического уровня на подуровни, лежащие как выше, так и ниже (поскольку энергия этого взаимодействия может иметь как положительные, так и отрицательные значения) нерасщепленного уровня. Так же, как и химический сдвиг, квадрупольное взаимодействие описывается произведением сомножителей, отражающих характеристики ядра (квадрупольный момент и ядерные квантовые числа), а также «внешние» условия — градиент электрического поля в месте расположения

( Э2ф1 SE

ядра, т.е. = — .

V ЗГ )0 dz о

Из формулы (9.53) следует, что в зависимости от квантовых чисел / и т, изначально нерасщепленный в отсутствие электрического поля

д ср п

уровень в неоднородном электрическим поле с градиентом —* О

UVJo

расщепляется на несколько подуровней (частично снимается вырождение по магнитному квантовому числу т,). На рисунке 9.9, а приведена схема расщепления уровня энергии ядра со спином / = 3/2. Так как в выражение (9.53) для энергии Е”3 входит квадрат квантового числа /И/, то четырем значениям т, (±1/2 и ±3/2) соответствуют два уровня энергии. При переходах с верхнего (расщепленного) на нижний основной уровень в спектрах излучения возникают две линии (показаны на рис. 9.9, а внизу), причем величина расщепления зависит от градиента электрического поля на ядре. Такое расщепление и называется квадрупольным.

В каких случаях оно возникает? Для этого должно выполняться два условия. Во-первых, ядро должно обладать квадрупольным моментом. Во-вторых, надо, чтобы ядро находилось в таком месте, где имеется неоднородное электрическое поле (характеризуемое градиентом напряженности). Это имеет место тогда, когда атом находится в асимметричном зарядовом окружении. Так возникает связь квадру- польного расщепления и химического строения комплексов. В отличие от химического сдвига, определяемого только J-электронами, градиент электрического поля могут создавать р-, d- и/- и другие электроны.

Оценка величины ?"3 показывает, что она составляет 10-7— 10-8 эВ, т.е. величину, на три порядка меньшую, чем энергия спин- орбиталього взаимодействия в атоме, поэтому квадрупольное раз- щепление принадлежит к так называемым сверхтонким эффектам. Экспериментально зарегистрировать квадрупольное расщепление можно методом гамма-резонанса и ядерного квадрупольного резонанса.

Данным анализом исчерпываются различные типы электростатического взаимодействия зарядового окружения атома и его ядра.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >