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Lexikon der Chemie: Zeeman-Effekt

Zeeman-Effekt, Aufspaltung von Spektrallinien, wenn die Emission oder Absorption des Lichtes in einem magnetischen Feld stattfindet. Ursache für den Z. ist die gequantelte Einstellung der Atome in einem äußeren Magnetfeld. Der normale Z. tritt bei Singulettsystemen auf, in denen das resultierende Gesamtspinmoment S gleich Null ist und nur die magnetischen Bahnmomente mit dem äußeren Magnetfeld in Wechselwirkung treten können. Er besteht in einer Triplettaufspaltung der Linien. Die mittlere Komponente des Tripletts weist die Frequenz der ursprünglichen Linie auf, während sich die beiden anderen Linien symmetrisch auf beiden Seiten im gleichen Frequenzabstand befinden. Die Verschiebung der Komponenten ist proportional der magnetischen Feldstärke. Bei Beobachtung senkrecht zur Feldrichtung erscheinen alle 3 Komponenten linear polarisiert. Die unverschobene Komponente schwingt parallel, die verschobenen senkrecht zu den magnetischen Kraftlinien (transversaler Z.). Bei Beobachtung in der Feldrichtung sieht man nur die beiden verschobenen Komponenten, die gegensinnig zirkular polairisiert sind (longitudinaler Z.). Beim anomalen Z. liegt eine kompliziertere Aufspaltung der Terme vor, was zu einem komponentenreicheren Aufspaltungsbild mit unterschiedlichen Abständen der einzelnen Komponenten führt. Ursache dafür ist die magnetomechanische Anomalie, wonach das auf die Einheit des mechanischen Eigendrehimpulses bezogene magnetische Moment des Elektrons doppelt so groß ist wie sein auf die Einheit des Bahndrehimpulses bezogenes magnetisches Moment. Die beim anomalen Z. beobachteten Aufspaltungen erhält man nur in schwachen äußeren Magnetfeldern, in denen die Zeeman-Aufspaltung kleiner als der Abstand in den natürlichen Multipletts ist. In starken Magnetfeldern, in denen die Zeeman-Aufspaltung größer als der Abstand der Komponenten in den natürlichen Multipletts ist, kommt es zu einer Vereinfachung der Aufspaltung. Man erhält wieder das normale Zeeman-Triplett (Paschen-Back-Effekt). Im Übergangsstadium zwischen anomalem Z. und Paschen-Back-Effekt sind die Aufspaltungsbilder sehr unübersichtlich und auch theoretisch nur schwer zu behandeln.

Der Z. ist wie der Stark-Effekt eine der wichtigsten Möglichkeiten zur empirischen Bestimmung der Quantenzahlen eines Atomzustandes und hat deshalb größte Bedeutung für die Termanalyse.

Die Zeeman-Aufspaltung ist die Grundlage der Elektronenspinresonanz-Spektroskopie, der Z. der Atomkerne die der NMR-Spektroskopie.

In der Atomabsorptionsspektrometrie wird der Z. zur Untergrundkorrektur-Messung eingesetzt.

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