© Considere um único átomo de He no estado fundamental, qual é a energia dos elétrons na presença de um campo magnético
. Nesta situação poderiamos observar experimentalmente o desdobramento Zeeman? Ex- plique.
Passo 1
Beleza, você me pediu para resolver um exercício sobre o átomo de hélio (He) no estado fundamental e como a energia dos elétrons muda na presença de um campo magnético
. A gente vai falar sobre a Efeito Zeeman, que estuda como os níveis de energia dos elétrons se separam quando há um campo magnético. Vamos precisar entender um pouco de física atômica e como os elétrons se comportam em campos magnéticos.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que no estado fundamental, os elétrons de um átomo estão na menor energia possível. No hélio, que tem dois elétrons, eles ocupam o mesmo nível de energia mas com spins opostos, cancelando o momento magnético total do átomo.
Passo 3
Agora, quando aplicamos um campo magnético externo
, cada elétron sente uma força que pode afetar sua energia. Esse fenômeno é conhecido como Efeito Zeeman. A energia dos elétrons nesse campo é dada pela fórmula:
Aqui,
é o magneton de Bohr,
é a intensidade do campo magnético, e
é o número quântico magnético que depende da orientação do momento angular do elétron em relação ao campo.
Passo 4
No caso do hélio no estado fundamental, os dois elétrons têm spins opostos (
e
) e seus momentos angulares se cancelam (
para cada um). Isso significa que, mesmo na presença do campo magnético, não há diferença na energia total do átomo porque os efeitos de cada elétron se anulam.
Passo 5
Além disso, para observar o desdobramento Zeeman, precisamos que haja bens momentos magnéticos não cancelados, o que não acontece no estado fundamental do hélio devido ao emparelhamento dos elétrons. Sem diferença nas energias dos níveis, não temos um desdobramento observável.
Resposta
Não, nesse caso não conseguimos observar experimentalmente o desdobramento Zeeman no átomo de hélio no estado fundamental, porque os momentos magnéticos dos elétrons se cancelam, impedindo a separação dos níveis de energia.