化学百科知识集绵-偶极矩讲解

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现象详解

原子或分子存在固有电偶极矩，在外电场作用下引起附加能量，造成能级分裂，裂距与电场强度成正比，称为一级斯塔克效应;不存在固有电偶极矩的原子或分子受电场作用，产生感生电矩，在电场中引起能级分裂，与电场强度平方成正比，称为二级斯塔克效应，一般二级效应比一级效应小得多。斯塔克分裂的谱线是偏振的。对斯塔克效应的圆满解释是早期量子力学的重大胜利。

现象应用

斯塔克效应应用于原子分子结构的研究。斯塔克效应是谱线增宽的原因之一，当气体放电电流密度较大时，产生大量带电离子，它们对发光原子产生较强的内部电场，引起谱线斯塔克分裂;离子与发光原子的距离不同，谱线分裂的大小不同，叠加的结果导致谱线增宽。等离子谱线的斯塔克增宽可用于内部电场强度与带电粒子密度的测定。

现象发现

斯塔克研究了含有氢气的管子中极隧射线通过强电场的情况。1913年他在研究过程中观察到氢谱线加宽了。他立即联想到十几年前塞曼(P.Zeeman)的发现。这会不会是与塞曼效应对应的一种电学现象?从1896年塞曼发现谱线的磁致分裂以来，科学家经常提出这样的问题：既然在磁场中原子发出的光谱线会分裂，在电场中会不会有类似现象?然而，德国的福格特(W.W.Voigt)试图从束缚电子发射光谱的理论推导电场对光谱的作用。计算结果表明，即使加300V/cm的静电场，光谱线的分裂也只有钠黄光的D双线间隔的5×10-5。这一效应太小了，实在难以观察。于是福格特认为，这就解释了为什么以前没有人发现与塞曼效应对应的电现象。多年来，他的解释妨碍了人们研究这一效应的积极性。

现象发展

到了1913年，对量子理论起过先导作用的斯塔克对这个问题发生了兴趣，他认为福格特的经典理论不足为凭。在他看来，光谱的发射是由于价电子的跃迁，电场一定会改变原子内部电荷的分布，从而影响发射频率。他是研究极隧射线的专家。他在极隧射线管子中的阴极和另一辅助电极之间加上强电场，强度达到31kV/cm。然后沿平行于或垂直于电场的方向用光谱仪进行观测。氢的极隧射线穿过电场，果然观测到了加宽。经过仔细的调整，他终于获得了谱线分裂的证据，并且证明随着谱线序号的增大，分裂的数目也随之增多。他还发现，沿电力线成直角的方向观察，所有的分量都是平面偏振光，外面的两根较强，其电矢量与电场平行;中间的几根较弱，其电矢量与电场垂直。他的观测非常精细，得出了如下的结论：各分量到中心线的距离是最小位移的整数倍，而最小位移对所有谱线均相同;位移与电场强度直接成正比。

1919年诺贝尔物理学奖授予德国格雷复斯瓦尔大学的斯塔克(JohnnesStark,1874-1957)，以表彰他在极遂射线中发现了多普勒效应和电路中发现了分裂的谱线。

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