Põhi- ja ülipeenstruktuuri peamine erinevus seisneb selles, et peenstruktuurides on joone lõhenemine elektronide spin-orbiidi sidestuse tekitatud energiamuutuste tulemus, samas kui ülipeenstruktuuride puhul on joonte lõhenemine tulemus magnetvälja ja tuumaspinni vastastikmõjust.
Tavaliselt kirjeldab peenstruktuur aatomite spektrijoonte joonte jagunemist, mis tekib elektronide spinni ja mitterelativistliku Schrodingeri võrrandi relativistliku korrektsiooni tulemusena. Teisest küljest on ülipeen struktuur sisemiselt genereeritud elektri- ja magnetvälja ning molekulides olevate aatomite või tuumade vahelise interaktsiooni tulemus.
Mis on peenstruktuur?
Peenstruktuur on aatomite spektrijoonte lõhenemine elektronide spinni ja mitterelativistliku Schrodingeri võrrandi relativistliku korrektsiooni tulemusena. Seda nähtust mõõtsid esmakordselt Albert A. Michelson ja Edward W. Morley 1887. aastal vesinikuaatomi jaoks. Nende mõõtmise aluseks olid Arnold Sommerfeldi tutvustatud teooriad. Need mõõtmised viisid peenstruktuuri konstandi sisseviimiseni. Peenstruktuurikonstant on mõõtmeteta arv, mis on ligikaudu võrdne 1/137.
Joonis 01: Deuteeriumi peenstruktuuri jagamise muster (jahutatud)
Me saame anda joonspektrite brutostruktuuri, kasutades spinnita mitterelativistlike elektronide kvantmehaanika ennustusi. Näiteks vesinikuaatomi brutostruktuur sõltub peamiselt peamisest kvantarvust n. Täpsem mudel kasutab ka aatomi relativistlikke ja spin-efekte, mis võivad murda vesinikuaatomi energiataseme degeneratsiooni ja viia spektrijoonte lõhenemiseni. Saame anda peenstruktuuri lõhenemise skaala struktuuri brutoenergia suhtes kui (Za)2, kus Z on aatomarv ja a on uimede struktuuri konstant.
Mis on ülipeen struktuur?
Hüperpeenstruktuur on aatomite, molekulide ja ioonide energiatasemete lõhenemine elektronpilvede ja tuuma vastastikmõju tõttu. Tavaliselt tekib aatomites ülipeenstruktuur tuumamagnetdipoolmomendi energia tõttu, mis interakteerub magnetväljaga, mis on genereeritud elektronide poolt ja elektrivälja gradiendi tuumaelektrilise kvadrupoolmomendi energiaga. See juhtub laengu jaotumise tõttu aatomis.
Joonis 02: Peened ja ülipeened struktuurimustrid neutraalse vesinikuaatomi jaoks
Samamoodi tekib molekulis ülipeenstruktuur tuumamagnetdipoolmomendi ja magnetvälja energia mõjul, kuid lisaks sisaldab see ka energiat, mis on seotud molekulide erinevate magnettuumadega. See hõlmab ka vastasmõju tuuma magnetmomentide ja molekuli pöörlemisel tekkiva magnetvälja vahel.
Mis vahe on peen- ja ülipeenstruktuuril?
Üldiselt kirjeldab peenstruktuur aatomite spektrijoonte joonte jagunemist elektronide spinni ja mitterelativistliku Schrodingeri võrrandi relativistliku korrektsiooni tulemusena. Peamine erinevus peen- ja ülipeenstruktuuri vahel on see, et peenstruktuurides on joone lõhenemine elektronide spin-orbiidi sidestuse tekitatud energiamuutuste tulemus, samas kui ülipeenstruktuurides on joone lõhenemine interaktsiooni tulemus magnetväli ja tuumaspinn.
Allpool olev tabel võtab kokku erinevused peen- ja ülipeenstruktuuride vahel.
Kokkuvõte – peen vs ülipeen struktuur
Peenstruktuur on aatomite spektrijoonte lõhenemine, mis toimub elektronide spinni ja mitterelativistliku Schrodingeri võrrandi relativistliku korrektsiooni tulemusena. Vahepeal on ülipeen struktuur energiatasemete lõhenemine aatomites, molekulides ja ioonides elektronpilvede ja tuuma vastastikmõju tõttu. Peamine erinevus peen- ja ülipeenstruktuuri vahel on see, et peenstruktuurides on joone lõhenemine elektronide spin-orbiidi sidestuse tekitatud energiamuutuste tulemus, samas kui ülipeenstruktuurides on joone lõhenemine interaktsiooni tulemus magnetväli ja tuumaspinn.
