Experimentalphysik III (Atomphysik)

5.6. Aufhebung der l–Entartung bei Alkali–Atomen: Schalenstruktur der Elektronenhülle 97
Abb. 5.9: Aufhebung der l–Entartung.
Die relativistische Massenzunahme des Elektrons
führt zu einer Periheldrehung der Ellipsenbahn. Es
ergibt sich im anschaulichen Bild eine Rosetten-
”
bewegung“ des Elektrons um den Kern (Störung
des 1
r –Gesetzes), analog zur Periheldrehung der
Merkurbahn um die Sonne.
Die Aufhebung der Entartung führt also zu einer
Feinstruktur der H–Linien, z.B. die der Hα ,diezum
ersten Mal bereits 1887 von Michelson und Morley
mit einem Gitterspektrographen beobachtet
wurde.
H α :∆λ =0.14 A (bei 6563 A) bzw. ν =0.32 cm −1
Man beobachtet nur die im Termschema eingezeichneten Übergänge. Dies kann durch eine
Auswahlregel erklärt werden:
∆l = ±1
Trotz der Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment ist Sommerfelds Erklärung der
Feinstruktur (Aufspaltung der H–Terme)nur die halbe Wahrheit: Die Spin–Bahn–Kopplung ist
noch nicht bekannt!
5.6 Aufhebung der l–Entartung bei Alkali–Atomen:
Schalenstruktur der Elektronenhülle
Um 1915 waren Atomgrößen und Ionisationsenergien der Elemente annähernd bekannt. Man
erhielt folgende Ergebnisse
1. Alkali–Atome sind besonders groß,
2. ihre Ionisationsenergien für das 1. Elektron sind besonders klein,
3. ihre Ionisationsenergien für das 2. Elektron sind besonders groß.
Für die Ionisationsenergien ergeben sich Zahlenwerte der folgenden Tabelle:
A + A ++ A +++
Außerdem war die Tatsache aus der Chemie
bekannt, daß Alkali–Atome 1Valenz ( =
1H 2He 3Li 10Ne 11Na 18Ar K
1 3.6
24.5 54
5.4 75
21.6 41
5.147
15.8 28
4.3 32
122
64
72
41
46
eV
Leucht)–Elektron besitzen. Es war naheliegend,
die quantisierten Energiezustände des
Bohrschen Modells als Schalen“ zu betra-
”
chten, die der Reihe nach mit Elektronen besetzt
werden. Bei einem Alkali–Atom fängt
eine neue Schale an, mit einem Edelgas ist sie
abgeschlossen.
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