主な相違点 – ゼーマン効果 vs. シュタルク効果
ゼーマン効果とシュタルク効果は、1900年代後半に科学者によって発見された化学における2つの概念です。
ゼーマン効果とシュタルク効果は、原子のスペクトルについて観察することができます。
原子のスペクトルには、吸収スペクトルと発光スペクトルがあります。
原子にエネルギーが与えられると、原子は励起され、電子はそのエネルギーを吸収してより高いエネルギー準位に移動する。
この吸収により、吸収スペクトルが得られる。
しかし、高いエネルギー準位は安定しないため、この電子は基底エネルギー準位に落ち、吸収したエネルギーを放射線として放出する。
この結果、発光スペクトルが得られます。
ゼーマン効果とシュタルク効果の主な違いは、ゼーマン効果が外部磁場の存在下で観測されるのに対して、シュタルク効果は外部電場の存在下で観測されることである。
ゼーマン効果とは
ゼーマン効果とは、強磁場の存在下で原子のスペクトル線が分裂することを言います。
オランダの科学者ピーテル・ゼーマンにちなんで名づけられた。
この効果は、磁場が原子やイオンに与える影響を説明するものです。
では、スペクトル線とは何かを調べてみましょう。
原子スペクトルとは、原子内のエネルギー準位間で電子が遷移する際に放出または吸収される電磁波の周波数のスペクトルのことである。
放出されると放出スペクトルに、吸収されると吸収スペクトルになります。
このスペクトルは、元素の特徴的な性質です。
スペクトルは、発光・吸収の一つ一つのスペクトル線の集まりで構成されている。
スペクトル線の1本1本は、原子の2つのエネルギー準位の間のエネルギー差を表している。
このスペクトル線が、原子を外部磁場の中に置いたときに分裂することをピーテル・ゼーマンは発見した。
ゼーマン効果は、原子の磁気モーメントと外部磁場との相互作用の結果です。
次の図は、水素の発光スペクトルを示しています。
原子にエネルギーが与えられると、電子はエネルギーを吸収してより高いエネルギー準位に移動することができます。
しかし、高いエネルギー準位は、原子にとって不安定な状態です。
そこで、電子は吸収したエネルギーを放出し、低いエネルギー準位に戻ってきます。
これが、発光スペクトル線となる。
しかし、これを磁場をかけて調べると、1本のスペクトル線ではなく、3本のスペクトル線が見えるのです。
これがゼーマン効果です。
図1: 磁場がない場合とある場合の水素の発光スペクトル。
ゼーマン効果の種類
ゼーマン効果には3つのタイプがあります。
通常効果、異常効果、反磁性効果です。
通常のゼーマン効果は、軌道磁気モーメントとの相互作用によって生じる。
異常ゼーマン効果は、軌道磁気モーメントと固有磁気モーメントの複合的な相互作用によって引き起こされる。
反磁性ゼーマン効果は、磁場誘起磁気モーメントとの相互作用によって引き起こされる。
スターク効果とは
シュタルク効果とは、放射している原子、イオン、分子に強い電界をかけたときに観測されるスペクトル線の分裂のことです。
この効果は、ドイツの科学者ヨハネス・シュタルクによって初めて発見されました。
この効果は、彼の名前にちなんで名づけられた。
シュタルク効果には、スペクトル線のシフトと分裂の両方が含まれることがあります。
電場はまず原子を偏光させ、その結果生じる双極子モーメントと相互作用する。
シュタルク効果の種類
シュタルク効果は、原子の電気モーメントと外部電場との相互作用によって生じるものです。
この効果は、線形シュタルク効果と二次シュタルク効果の2種類に分類される。
線形シュタルク効果は、自然界に存在する非対称な電荷分布に起因する双極子モーメントに起因するものです。
二次シュタルク効果は、外場によって誘起される双極子モーメントに起因するものです。
ゼーマン効果とシュタルク効果の違い
定義
ゼーマン効果。
ゼーマン効果とは、強磁場の存在下で原子のスペクトル線が分裂することを表す。
シュタルク効果。
シュタルク効果とは、放射している原子、イオン、分子が強い電界にさらされたときに観測されるスペクトル線の分裂のことである。
応用分野
ゼーマン効果 ゼーマン効果：磁場をかけるとゼーマン効果が観測される。
シュタルク効果。
電界を印加すると、シュタルク効果が観測される。
原因
ゼーマン効果 ゼーマン効果とは、原子の磁気モーメントと外部磁場との相互作用の結果生じる効果。
シュタルク効果 シュタルク効果は、原子の電気モーメントと外部電場との相互作用により生じる。
結論
ゼーマン効果は、オランダの科学者ピーテル・ゼーマンによって発見された。
シュタルク効果は、ドイツの科学者ヨハネス・シュタルクによって発見された。
ゼーマン効果とシュタルク効果の主な違いは、ゼーマン効果が外部磁場の存在下で観測されるのに対して、シュタルク効果は外部電場の存在下で観測されることである。
