EFEITO ZEEMAN. Prof. Harley P. Martins Filho

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1 EFEITO ZEEMAN Prof. Harley P. Martins Filho Efeito Zeeman Um campo magnético externo a um átomo interage com os momentos magnéticos correspondentes à movimentação eletrônica desdobramento da energia de cada configuração eletrônica. Se o campo é fraco, interações momento orbital momento spin são mais intensas que interação com o campo desdobramento primário resulta nos níveis e desdobramento secundário pelo campo ocorre nos níveis dos termos. Energia potencial de interação: E = - Momento magnético é proporcional a J: eg E 2 m e J 1

2 g é o fator g de Landé: g J ( J 1) L( L 1) S( S 1) 2J ( J 1) O produto interno J é equivalente a J z. Como a componente z de J tem magnitude M ħ, E g M onde é o magnéton de ohr: e 2m e Níveis se desdobram em sub-níveis igualmente espaçados. Magnitude do espaçamento depende do nível e do termo que gera o nível, mas não da configuração eletrônica. Regra de seleção para transição entre sub-níveis desdobrados: M 0, 1 Primeiras observações do efeito envolviam níveis de termos de multiplicidade singleto (S = 0) J = L e M = M l g = 1. E M l Neste caso, magnitude do desdobramento é independente da configuração ou do termo que originou o nível. 2

3 Exemplo: linha vermelha ( = 64,8 nm) de emissão do cádmio 1 D 2 1 P 1 Há uma linha central, correspondente à transição sem desdobramento e duas equidistantes da central, separadas desta por /hc (em cm -1 ) Efeito Zeeman normal, que ocorre em transições entre quaisquer níveis de termos singleto. Linhas desdobradas são polarizadas: M l = 1 polarização circular para luz observada paralela ao vetor campo magnético e polarização no plano perpendicular ao campo para luz observada em ângulo reto com o campo (linhas ). M l = 0 polarização no plano paralelo ao campo magnético (linhas ).

4 Aplicação: Correção de radiação de fundo em espectroscopia de absorção atômica: Um átomo que gera linhas e na emissão em presença de campo magnético, quando testado para absorção em presença de um campo só absorve na linha se a radiação vier polarizada paralela ao campo e só absorve na linha se a radiação vier polarizada perpendicular ao campo. Na espectroscopia de absorção atômica, átomos do analito gerados em forno de grafite absorvem a radiação incidente de frequência específica para uma dada transição, mas moléculas sobreviventes podem também absorver na mesma frequência e o espalhamento pelo material da matriz também contribui para o abaixamento da intensidade medida no detector. A absorção pelas moléculas e o espalhamento contudo não dependem de campos aplicados. A- Lâmpada emite luz não polarizada - Polarizador rotatório polariza alternadamente a luz em um dado plano e a 90 º deste. D- Linhas e do analito submetido a campo no forno envolvido por magneto permanente. Só ocorre absorção na linha no momento em que a luz vier polarizada paralela ao campo. F- Intensidade no detector na frequência da linha. Em um momento forte porque o analito não está absorvendo, em outro fraca porque analito também está absorvendo. Subtraindo-se as duas intensidades, tem-se a intensidade absorvida só pelo analito. 4

5 Em termos com spin total não nulo, acontece o efeito Zeeman anômalo (o mais comum). Exemplo: linha Lyman do hidrogênio (1s ( 2 S) 2p ( 2 P)) g = 4/ g =2/ 2 S 1/2 2 P 1/2 2 S 1/2 2 P /2 g = 2 4 linhas 6 linhas Desdobramento pode ser usado para se identificar níveis em transições. Exemplo: linhas de emissão do mercúrio na região do visível: 5

6 Não podemos saber a priori se o multipleto P é regular ou invertido (constante de acoplamento spin-órbita A positiva ou negativa, respectivamente). Análise do efeito Zeeman: P 2 S 1 desdobra-se em nove linhas P 1 S 1 desdobra-se em seis linhas P 0 S 1 desdobra-se em três linhas Como a linha verde desdobra-se em nove, a linha azul em seis e a linha violeta em três, o multipleto P é regular. Medida de campos magnéticos em corpos celestes. Observação da magnitude do desdobramento de uma linha permite calcular a magnitude do campo magnético presente na superfície do corpo. Exemplo: mancha solar Linhas de emissão do ferro, com desdobramento Zeeman na região (D) 6

7 Mapeamento obtido do campo magnético: Magnitude do campo na mancha: 000 gauss (campo magnético na Terra < 1 gauss). 7