Kľúčový rozdiel medzi jemnou a hyperjemnou štruktúrou je v tom, že v jemných štruktúrach je rozdelenie čiary výsledkom energetických zmien, ktoré sú produkované elektrónovým spin-orbitálnym spojením, zatiaľ čo v hyperjemných štruktúrach je rozdelenie čiar výsledkom interakcie medzi magnetickým poľom a jadrovým spinom.
Jemná štruktúra zvyčajne opisuje štiepenie čiar spektrálnych čiar atómov, ku ktorému dochádza v dôsledku spinu elektrónov a relativistických korekcií nerelativistickej Schrodingerovej rovnice. Na druhej strane, hyperjemná štruktúra je výsledkom interakcie medzi vnútorne generovaným elektrickým a magnetickým poľom a jadrom atómov alebo jadier v molekulách.
Čo je jemná štruktúra?
Jemná štruktúra je štiepenie spektrálnych čiar atómov v dôsledku spinu elektrónov a relativistických korekcií nerelativistickej Schrodingerovej rovnice. Tento jav prvýkrát zmerali Albert A. Michelson a Edward W. Morley v roku 1887 pre atóm vodíka. Základom pre ich meranie boli teórie zavedené Arnoldom Sommerfeldom. Tieto merania viedli k zavedeniu konštanty jemnej štruktúry. Konštanta jemnej štruktúry je bezrozmerné číslo, ktoré sa približne rovná 1/137.
Obrázok 01: Vzor rozdelenia jemnej štruktúry pre deutérium (chladené)
Môžeme poskytnúť hrubú štruktúru čiarových spektier pomocou predpovedí kvantovej mechaniky nerelativistických elektrónov bez spinu. Napríklad v atóme vodíka hrubá štruktúra závisí hlavne od hlavného kvantového čísla n. Presnejší model bude využívať aj relativistické a spinové efekty atómu, ktoré môžu narušiť degeneráciu energetických hladín atómu vodíka a viesť k rozdeleniu spektrálnych čiar. Mieru štiepenia jemnej štruktúry vo vzťahu k energii hrubej štruktúry môžeme uviesť ako (Za)2, kde Z je atómové číslo a a je konštanta štruktúry plutiev.
Čo je hyperjemná štruktúra?
Hyperjemná štruktúra je rozdelenie energetických úrovní v atómoch, molekulách a iónoch v dôsledku interakcie medzi elektrónovými oblakmi a jadrom. Typicky hyperjemná štruktúra vzniká v atómoch v dôsledku energie jadrového magnetického dipólového momentu, ktorý interaguje s magnetickým poľom, ktoré je generované elektrónmi a energiou jadrového elektrického kvadrupólového momentu v gradiente elektrického poľa. To sa deje v dôsledku rozloženia náboja v atóme.
Obrázok 02: Vzory jemných a hyperjemných štruktúr pre neutrálny atóm vodíka
Podobne hyperjemná štruktúra v molekule vzniká v dôsledku účinkov energie nukleárneho magnetického dipólového momentu a magnetického poľa, ale navyše zahŕňa aj energiu, ktorá je spojená s rôznymi magnetickými jadrami v molekulách. Zahŕňa tiež interakciu medzi jadrovými magnetickými momentmi a magnetickým poľom, ktoré vzniká rotáciou molekuly.
Aký je rozdiel medzi jemnou a hyperjemnou štruktúrou?
Vo všeobecnosti jemná štruktúra popisuje štiepenie čiar spektrálnych čiar atómov v dôsledku spinu elektrónov a relativistických korekcií nerelativistickej Schrodingerovej rovnice. Kľúčový rozdiel medzi jemnou a hyperjemnou štruktúrou je v tom, že v jemných štruktúrach je rozdelenie čiary výsledkom energetických zmien, ktoré sú produkované elektrónovým spin-orbitálnym spojením, zatiaľ čo v hyperjemných štruktúrach je rozdelenie čiar výsledkom interakcie medzi magnetické pole a jadrový spin.
Tabuľka nižšie sumarizuje rozdiel medzi jemnými a hyperjemnými štruktúrami.
Zhrnutie – Jemná verzus hyperjemná štruktúra
Jemná štruktúra je rozdelenie spektrálnych čiar atómov, ku ktorému dochádza v dôsledku spinu elektrónov a relativistických korekcií nerelativistickej Schrodingerovej rovnice. Medzitým je hyperjemná štruktúra štiepením energetických hladín v atómoch, molekulách a iónoch v dôsledku interakcie medzi elektrónovými oblakmi a jadrom. Kľúčový rozdiel medzi jemnou a hyperjemnou štruktúrou je v tom, že v jemných štruktúrach je rozdelenie čiary výsledkom energetických zmien, ktoré sú produkované elektrónovým spin-orbitálnym spojením, zatiaľ čo v hyperjemných štruktúrach je rozdelenie čiar výsledkom interakcie medzi magnetické pole a jadrový spin.
