La diferencia clave entre la estructura fina y la hiperfina es que, en las estructuras finas, la división de la línea es el resultado de los cambios de energía producidos por el acoplamiento espín-órbita del electrón, mientras que en las estructuras hiperfinas, la división de la línea es el resultado de la interacción entre el campo magnético y el espín nuclear.
Por lo general, una estructura fina describe la división de las líneas espectrales de los átomos que se produce como resultado del espín de los electrones y las correcciones relativistas de la ecuación de Schrödinger no relativista. Por otro lado, una estructura hiperfina es el resultado de la interacción entre un campo eléctrico y magnético generado internamente y el núcleo de los átomos o núcleos en las moléculas.
¿Qué es la estructura fina?
La estructura fina es la división de las líneas espectrales de los átomos como resultado del espín de los electrones y las correcciones relativistas de la ecuación de Schrödinger no relativista. Este fenómeno fue medido por primera vez por Albert A. Michelson y Edward W. Morley en 1887 para el átomo de hidrógeno. La base para su medición fueron las teorías introducidas por Arnold Sommerfeld. Estas medidas llevaron a la introducción de la constante de estructura fina. La constante de estructura fina es un número adimensional que es aproximadamente igual a 1/137.
Figura 01: Patrón de división de estructura fina para deuterio (enfriado)
Podemos dar la estructura general de los espectros de línea usando las predicciones de la mecánica cuántica de electrones no relativistas que no tienen espín. Por ejemplo, en un átomo de hidrógeno, la estructura bruta depende principalmente del número cuántico principal, n. Un modelo más preciso también utilizará los efectos relativistas y de espín del átomo, que pueden romper la degeneración de los niveles de energía del átomo de hidrógeno y conducir a dividir las líneas espectrales. Podemos dar la escala de división de la estructura fina en relación con la energía de la estructura bruta como (Za)2, donde Z es el número atómico y a es la constante de la estructura de las aletas.
¿Qué es la estructura hiperfina?
La estructura hiperfina es la división de los niveles de energía en átomos, moléculas e iones debido a la interacción entre las nubes de electrones y el núcleo. Por lo general, surge una estructura hiperfina en los átomos debido a la energía del momento dipolar magnético nuclear, que interactúa con el campo magnético generado por los electrones y la energía del momento cuadripolar eléctrico nuclear en el gradiente del campo eléctrico. Esto sucede debido a la distribución de carga dentro del átomo.
Figura 02: Patrones de estructura fina e hiperfina para un átomo de hidrógeno neutro
Del mismo modo, surge una estructura hiperfina en una molécula debido a los efectos de la energía del momento dipolar magnético nuclear y el campo magnético, pero además, también incluye la energía asociada con diferentes núcleos magnéticos en las moléculas. También incluye la interacción entre los momentos magnéticos nucleares y el campo magnético generado por la rotación de la molécula.
¿Cuál es la diferencia entre estructura fina e hiperfina?
Por lo general, una estructura fina describe la división de las líneas espectrales de los átomos como resultado del espín de los electrones y las correcciones relativistas de la ecuación de Schrödinger no relativista. La diferencia clave entre la estructura fina y la hiperfina es que, en las estructuras finas, la división de la línea es el resultado de los cambios de energía producidos por el acoplamiento del espín-órbita del electrón, mientras que en las estructuras hiperfinas, la división de la línea es el resultado de la interacción entre la campo magnético y espín nuclear.
La siguiente tabla resume la diferencia entre estructuras finas e hiperfinas.
Resumen: estructura fina frente a hiperfina
La estructura fina es la división de las líneas espectrales de los átomos que ocurre como resultado del espín de los electrones y las correcciones relativistas de la ecuación de Schrödinger no relativista. Mientras tanto, la estructura hiperfina es la división de los niveles de energía en átomos, moléculas e iones debido a la interacción entre las nubes de electrones y el núcleo. La diferencia clave entre la estructura fina y la hiperfina es que, en las estructuras finas, la división de la línea es el resultado de los cambios de energía producidos por el acoplamiento del espín-órbita del electrón, mientras que en las estructuras hiperfinas, la división de la línea es el resultado de la interacción entre la campo magnético y espín nuclear.
