Meccanica quantistica/Atomi

Livelli energetici di un atomoModifica

Se si trascura l'interazione elettromagnetica relativistica tra gli elettroni, i livelli energetici di un atomo si possono classificare secondo i valori del momento orbitale totale   e dello spin totale  . Gli stati con i vari valori del momento orbitale   si indicano con le lettere   In alto a sinistra di questo simbolo si indica il numero   (molteplicità del livello) e in basso a destra il valore del momento angolare totale  .

Stati degli elettroni in un atomoModifica

Ciascun elettrone in un atomo può essere considerato muoversi in un campo autoconsistente creato dal nucleo e dagli altri elettroni.

Gli stati di elettrone singolo si denotano con un simbolo formato da una cifra che indica il valore del numero quantico principale   e da una lettera che indica il valore del momento orbitale  .

La distribuzione degli elettroni nei vari stati rappresenta la configurazione elettronica dell'atomo.

Nello stato fondamentale un atomo con una data configurazione elettronica ha il massimo valore possibile di   e il massimo valore di   compatibile con questo   (regola di Hund).

Struttura fine dei livelli atomiciModifica

Se si tiene conto delle interazioni relativistiche, un livello atomico con dati valori di   e di   si separa in più livelli con diversi valori del momento angolare totale  . L'interazione spin-orbita è descritta da un operatore della forma  . L'interazione spin-spin è descritta da un operatore della forma  . Entrambe le interazioni sono dell'ordine di  , dove   è l'ordine di grandezza della velocità degli elettroni atomici. In pratica negli atomi pesanti l'interazione spin-orbita è notevolmente più importante dell'interazione spin-spin. La distanza tra le componenti di un multipletto separate dall'interazione spin-orbita è  .

Atomo in un campo elettricoModifica

La separazione dei livelli di un atomo in un campo elettrico esterno è in generale un effetto del secondo ordine, proporzionale al quadrato del campo (effetto Stark). Nel caso dell'atomo di idrogeno la separazione è proporzionale al campo elettrico.