Klíčový rozdíl mezi jemnou a hyperjemnou strukturou je v tom, že u jemných struktur je dělení čáry výsledkem energetických změn, které jsou vytvářeny elektronovým spin-orbitálním spojením, zatímco u hyperjemných struktur je dělení čáry výsledkem interakce mezi magnetickým polem a jaderným spinem.
Jemná struktura obvykle popisuje dělení čar spektrálních čar atomů, ke kterému dochází v důsledku spinu elektronů a relativistických oprav nerelativistické Schrodingerovy rovnice. Na druhé straně je hyperjemná struktura výsledkem interakce mezi vnitřně generovaným elektrickým a magnetickým polem a jádrem atomů nebo jader v molekulách.
Co je jemná struktura?
Jemná struktura je rozdělení spektrálních čar atomů v důsledku spinu elektronů a relativistických korekcí nerelativistické Schrodingerovy rovnice. Tento jev poprvé změřili Albert A. Michelson a Edward W. Morley v roce 1887 pro atom vodíku. Základem pro jejich měření byly teorie zavedené Arnoldem Sommerfeldem. Tato měření vedla k zavedení konstanty jemné struktury. Konstanta jemné struktury je bezrozměrné číslo, které se přibližně rovná 1/137.
Obrázek 01: Vzor dělení jemné struktury pro deuterium (chlazené)
Můžeme poskytnout hrubou strukturu čarových spekter pomocí předpovědí kvantové mechaniky nerelativistických elektronů bez spinu. Například v atomu vodíku hrubá struktura závisí hlavně na hlavním kvantovém čísle n. Přesnější model bude také využívat relativistické a spinové efekty atomu, které mohou narušit degeneraci energetických hladin atomu vodíku a vést k rozštěpení spektrálních čar. Rozsah rozdělení jemné struktury ve vztahu k energii hrubé struktury můžeme uvést jako (Za)2, kde Z je atomové číslo a a je konstanta struktury žeber.
Co je hyperjemná struktura?
Hyperjemná struktura je rozdělení energetických hladin v atomech, molekulách a iontech v důsledku interakce mezi elektronovými mračny a jádrem. V atomech typicky vzniká hyperjemná struktura díky energii nukleárního magnetického dipólového momentu, který interaguje s magnetickým polem, které je generováno elektrony a energií nukleárního elektrického kvadrupólového momentu v gradientu elektrického pole. To se děje v důsledku rozložení náboje v atomu.
Obrázek 02: Vzory jemné a hyperjemné struktury pro neutrální atom vodíku
Podobně hyperjemná struktura v molekule vzniká vlivem energie nukleárního magnetického dipólového momentu a magnetického pole, ale navíc zahrnuje také energii, která je spojena s různými magnetickými jádry v molekulách. Zahrnuje také interakci mezi nukleárními magnetickými momenty a magnetickým polem, které vzniká rotací molekuly.
Jaký je rozdíl mezi jemnou a hyperjemnou strukturou?
Jemná struktura obecně popisuje dělení čar spektrálních čar atomů v důsledku spinu elektronů a relativistických oprav nerelativistické Schrodingerovy rovnice. Klíčový rozdíl mezi jemnou a hyperjemnou strukturou je v tom, že v jemných strukturách je dělení čáry výsledkem energetických změn, které jsou vytvářeny elektronovým spin-orbitálním spojením, zatímco u hyperjemných struktur je dělení čáry výsledkem interakce mezi magnetické pole a jaderný spin.
Níže uvedená tabulka shrnuje rozdíl mezi jemnými a hyperjemnými strukturami.
Shrnutí – Jemná vs. Hyperjemná struktura
Jemná struktura je rozdělení spektrálních čar atomů, ke kterému dochází v důsledku spinu elektronů a relativistických korekcí nerelativistické Schrodingerovy rovnice. Mezitím je hyperjemná struktura rozdělením energetických hladin v atomech, molekulách a iontech v důsledku interakce mezi elektronovými mračny a jádrem. Klíčový rozdíl mezi jemnou a hyperjemnou strukturou je v tom, že v jemných strukturách je dělení čáry výsledkem energetických změn, které jsou vytvářeny elektronovým spin-orbitálním spojením, zatímco u hyperjemných struktur je dělení čáry výsledkem interakce mezi magnetické pole a jaderný spin.
