Term atomowy

Term atomowy – w mechanice kwantowej, obserwowany stan atomu, odpowiadający rzeczywistym stanom o różnej energii, charakteryzujący się określonymi wartościami liczb kwantowych.

Charakterystyka

W przypadku sprzężenia Russella-Saundersa term atomowy jest opisywany przez liczby kwantowe:

  • L {\displaystyle L} – kwantowa liczba orbitalna wszystkich elektronów,
  • S {\displaystyle S} – kwantowa liczba spinowa wszystkich elektronów,
  • J {\displaystyle J} – kwantowa liczba całkowitego wypadkowego momentu pędu wszystkich elektronów.

Każdy z tych momentów pędu jest osobno skwantowany:

L = L ( L + 1 ) , {\displaystyle L={\sqrt {L(L+1)}}\hbar ,}
S = S ( S + 1 ) , {\displaystyle S={\sqrt {S(S+1)}}\hbar ,}
J = J ( J + 1 ) . {\displaystyle J={\sqrt {J(J+1)}}\hbar .}

Symbolika

Aby opisać termy atomowe stosuje się następujący symbol:

2 S + 1 L J , {\displaystyle ^{2S+1}\!L_{J},}

gdzie:

L {\displaystyle L} – symbol termu,
2 S + 1 {\displaystyle 2S+1} multipletowość,
J {\displaystyle J} – wartość sprzężenia LS.

Symbol termu atomowego określa się literą alfabetu łacińskiego:

L = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ...
S P D F G H I K L M N (dalej alfabetycznie)

Multipletowość oblicza się ze wzoru 2S+1. Dla S=0, multipletowość wynosi 1 i mówimy o termie singletowym. Dla S=1/2, multipletowość równa się 2 i mamy term dubletowy. Dla S=1, multipletowość równa się 3 i mamy term trypletowy itd. Liczba J może przyjmować wartości od |L–S| do |L+S|.

Konfiguracja elektronowa boru

Przykład wyznaczenia termu dla atomu boru:

Konfiguracja atomu boru: 1s2 2s2 2p1
Powłoki 1s i 2s są całkowicie zapełnione (i nie wnoszą udziału do sprzężenia LS), więc rozpatruje się tylko powłokę 2p. Zgodnie z regułą Hunda, elektron „ustawia się” tak, żeby magnetyczna liczba kwantowa ml była jak największa. Do obliczenia wartości L i S należy skorzystać z wzorów:
L = i l i , {\displaystyle L=\sum _{i}l_{i},}
S = i s i . {\displaystyle S=\sum _{i}s_{i}.}
Stąd otrzymamy, L = 1 i S = 1/2. Natomiast J wyniesie 1/2 i 3/2. Zatem ostatecznie, symbole termów będą następujące: 2 P 1 / 2 , {\displaystyle ^{2}\!P_{1/2},} 2 P 3 / 2 . {\displaystyle ^{2}\!P_{3/2}.}

W przypadku atomów wieloelektronowych, gdzie elektrony mogą występować na różnych poziomach pojawia się kilka termów. Wówczas ważne jest, aby wyznaczyć term stanu podstawowego. Aby tego dokonać należy skorzystać z reguł Hunda:

  1. Termem podstawowym jest term o najwyższej multipletowości;
  2. Dla termów o tej samej multipletowości, termem podstawowym jest term o największej wartości L;
  3. Po uwzględnieniu powyższych reguł, poziomem podstawowym jest:
  • Poziom o najmniejszej wartości J dla podpowłok zapełnionych mniej niż w połowie;
  • Poziom o największej wartości J dla podpowłok zapełnionych więcej niż w połowie.

Zatem w wyżej podanym przykładzie, termem podstawowym (czyli o najniższej energii) jest term 2 P 1 / 2 . {\displaystyle ^{2}\!P_{1/2}.}

Dla sprzężenia jj, term atomowy jest równoważny z poziomem atomowym.

Bibliografia

  • Zbigniew Kęcki: Podstawy spektroskopii molekularnej. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1992, s. 164–166. ISBN 83-01-10503-8.
  • Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. T. I. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2005, s. 95–98. ISBN 83-01-13815-7.
  • Włodzimierz Kołos: Chemia kwantowa. Wyd. II. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1975, s. 81–86.
  • Bohdan Staliński: Magnetochemia. T. XI. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1966, s. 49–54.
Encyklopedie internetowe:
  • Britannica: science/term-atomic-physics