1簡介

這個相互作用是量子力學效應:假定兩個具有不成對電子的原子相互靠
交換作用

  交換作用

近。如果這兩個原子的自旋相互反平行,則它們將共享一個共同的軌道,這樣就增加了靜電庫侖能,然而,若二者的自旋平行,則根據泡利不相容原理,二者將形成分開的軌道,即減少了庫侖相互作用!

2正文

全同微觀多粒子系統里粒子間的一種等效相互作用。它反映了全同粒子的不可分辨性
交換作用

  交換作用

,純屬量子效應,沒有與之對應的經典概念。
一個N(>1)粒子所構成的量子系統,其狀態以波函數ψ(x1,x2,…,xN,t)描述,xi為粒子i的坐標,包括空間坐標和自旋坐標;還可能包括其他坐標,如核子的同位旋等。按照量子力學理論,全同粒子系統的波函數是薛定諤方程 (1)在必要的邊界條件、初始條件和統計對稱性條件 (2)限制下的解。哈密頓算符由各粒子的動能、 在外場中的位能和各粒子間的相互作用能構成。這些能量項都具有經典解釋,這種相互作用稱為「普通相互作用」。式(2)表明,交換任一對粒子ij時,波
交換作用

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函數或者完全不變(玻色子系統),或者僅改變符號(費密子系統)。可見,在全同粒子系統中,各個粒子的運動是互相關聯的,不能對每個粒子做單獨的描述,只能做整體的描述,即粒子間存在著一種相互作用。這種與全同粒子不可分辨性等效的粒子間相互作用,就稱為交換作用。
當採用哈特里-福克近似法求解薛定諤方程時,交換作用顯示得非常直觀。以
交換作用

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費密子系統為例,其定態哈特里-福克近似波函數為 (3)如果粒子i的動能與在外場中的位能之和為0(xi),粒子對ij間的相互作用能為(xi,xj),則系統在狀態(3)下的平均能量為 (4)式中 倘若把式(3)形式地理解為粒子i處於═i(xi)(i=1,2,…,N)的狀態,則 就可視為粒子i的動能與在外場中位能之和的平均值,Cij為粒子對ij間相互作用能的平均值,然而Aij卻沒有經典的對應量。根據交換作用的定義,它就應當是粒子對ij間的交換能。
對於一般情形,採用二次量子化表象 (8)也可將交換作用表述為粒子間相互作用的形式,此時不僅有二體交換作還有三體和四體交換作用。式中a抜和ai分別為粒子i的產生算符和消滅算符。
交換作用

  交換作用

交換作用雖然是一種等效的粒子間相互作用,卻為全同粒子不可分辨性所導致的粒子間的關聯效應描繪出一幅直觀的物理圖像,因而是一個很有用的概念。據此,多電子原子和分子的光譜,分子和化合物的化學鍵,固態物質中的電子特徵及序磁性,都可以得到很清晰的描述和解釋。
對於非全同性粒子系統,也可用交換作用描述因交換各種介子或虛粒子而出現的種種「力」,如原子核中的某些核力等

3土壤中陽離子的交換作用

土壤陽離子交換量是隨著土壤在風化過程中形成,一些礦物和有機質被分
交換作用

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解成極細小的顆粒。化學變化使得這些顆粒進一步縮小,肉眼便看不見。這些最細小的顆粒叫做「膠體」。每一膠體帶凈負電荷。電荷是在其形成過程中產生的。它能夠吸引保持帶正電的顆粒 ,就像磁鐵不同的兩極相互吸引一樣。陽離子是帶正電荷的養分離子,如鈣(Ca)、鎂(Mg)、鉀(K)、鈉(Na)、氫(H)和銨(NH4)。粘粒是土壤帶負電荷的組份。這些帶負電的顆粒(粘粒)吸引、保持並釋放帶正電的養分顆粒(陽離子) 。有機質顆粒也帶有負電荷,吸引帶正電荷的陽離子。砂粒不起作用。
陽離子交換量(CEC)是指土壤保持和交換陽離子的能力,也有人將它稱之為土壤的保肥能力。
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