Изотопический сдвиг — смещение уровней энергии и спектральных линий различных изотопов одного химического элемента .

Описание

У различных изотопов одного химического элемента отличаются значения уровней энергии , а следовательно, и длины волн или частот спектральных линий . Это явление называется изотопическим сдвигом. В молекулах , содержащих разные изотопы одного элемента, изотопический сдвиг также присутствует. Это явление иногда рассматривают как часть сверхтонкой структуры . Например, линия H-альфа для атома водорода имеет длину волны , равную 6562,79 ангстрем , а соответствующая линия для дейтерия — на 1,79 ангстрем меньше .

Изотопический сдвиг происходит по двум причинам. Первая причина — эффект массы — возникает из-за того, что у изотопов различается масса ядра . Это приводит к отличию постоянной Ридберга для разных изотопов, так как в выражение для неё входит приведённая масса ${\textstyle \mu ={\frac {Mm}{M+m}}}$ , где ${\displaystyle M}$ и ${\displaystyle m}$ — массы ядра и электрона , и этот эффект заметен только для лёгких ядер. Для тяжёлых ядер изотопический сдвиг также заметен, но по другой причине — из-за эффекта объёма. Поскольку объём тяжёлых ядер уже достаточно велик, их поле нельзя рассматривать как поле точечного заряда, что приводит к смещению энергетических уровней, которое меняется с увеличением числа нейтронов. Особенно сильно эффекты объёма проявляются для электронов s-орбитали , максимальная электронная плотность для которых достигается в ядре .

Примечания