Електронні терми атомів

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Спектра́льними те́рмами а́томів називаються енергетичні рівні електронної підсистеми атомів, переходи між якими визначають спектри випромінювання й поглинання.

Сукупність станів багатоелектронного атома із заданою електронною конфігурацією, яка характеризується квантовми числами та , називається термом й позначається Кожний терм об'єднує станів із однаковою енергією (за відсутності зовнішніх полів), кожне з яких характеризується парою своїх квантових чисел та . Величина називається мультиплетністю терма й відрбражає ступінь його виродження.

Для легких атомів із малим зарядом ядра рівні електронів у атомі характеризуються значенням сумарного орбітального моменту електронів L та сумарного спіна S. Тому електронні рівні вироджені із кратністю (2L+1)(2S+1). Це значить, що існує (2L+1)(2S+1) електронних станів із однаковою енергією. В зовнішньому магнітному полі це виродження знімається, й відповідно розщеплюються лінії в оптичних спектрах.

Для важких атомів із великим зарядом атомного ядра швидкість руху електронів поблизу ядра стає порівняною із швидкістю світла, й потрібно враховувати релятивістські ефекти, що призводить до появи в гамільтоніані, що описує електронну підсистему атома, членів, які відповідають за спін-орбітальну взаємодію. В такому випадку орбітальний момент і спін, як загальні, так і окремого електрону, перестають бути добрими квантовими числами (реалізується випадок jj-зв'язку). Електронні рівні характеризуються лише повним моментом J. В результаті вироджений атомний рівень розщеплюється на рівні з різними значеннями J. Це розщеплення називається мультиплетним розщепленням, або тонкою структурою.

Коли релятивістські ефекти малі (випадок LS-зв'язку), спектральний терм можна наближено характеризувати усіма трьома квантовими числами: J, L та S. У такому випадку для позначення спектральних термів використовується наступна нотація:

  • терм позначається латинською літерою, яка відповідає орбітальному квантовому числу L, за правилом:
   L = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
       S  P  D  F  G  H  I  K  L  M  N
  • до літери лівим верхнім індексом додається число 2S+1, яке називається мультиплетністю терма,
  • правим нижнім індексом до літери додається значення повного орбітального моменту J.

Наприклад, синглет - дублет - квартет . Енергії термів, визначаються параметрами Слетера-Кондона або параметрами Рака які пожна розрахувати або отримати з даних атомної спектроскопії, знаючи радіальні функції

Наприклад, позначення 2P3/2 означає: L = 1, S = 1/2, J = 3/2.

Відносну енергію термів можна визначити за правилами Гунда, згідно до яких:

  • нижню енергію має терм із найбільшою мультиплетністю;
  • серед термів з однаковою мультиплетністю нижню енергію має терм із найбільшим значенням .

Оскільки квантове число ідентифікує незвідне представлення групи симетрії кулі, то воно тим самим вказує симетрії електронної хвильової функції атома. Якщо атом знаходиться у зовнішньому полі (або входить до складу молекули), гамільтоніан не комутує із операціями симетрії групи і хвильові функції класифікують по незвідному представленню групи більш низької симетрії, яка визначається накладеним збуренням. При описі електронних станів молекул символіка терма складається з його мультиплетності й символа незвідного представлення точкової групи молекули, по якому перетворюється відповідна хвильова функція.

Наприклад, розгляньмо терм конфігурації У обох електронів орбітальне квантове число а спінове число тому тому конфігурація розщеплюється на шість термів:

Найнижчим по енергії є терм

Суттєвий обсяг інформації про атомні терми можна знайти в довіднику[1].

Див. також[ред. | ред. код]

Виноски[ред. | ред. код]

  1. (рос.) Радциг А. А., Смирнов Б. М. (1986) Параметры атомов и атомных ионов: Справочник. М.: Энергоатомиздат.

Джерела[ред. | ред. код]

  • Ландау Л. Д.; Лифшиц Е. М. (1974). Теоретическая физика. т. ІІІ. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. 3. Москва: Наука.