Електронні терми двоатомних молекул

Електронні терми двоатомних молекул - внесок електронів у загальний енергетичний спектр молекул, що складаються із двох атомів. Електронні терми розраховуються при фіксованому положенні ядер атомів і є функціями віддалі між цими ядрами. Терми двоатомних молекул мають особливу класифікацію завдяки симетрії, що виділяє їх в особливий підклас електронних молекулярних термів.

Двоатомна молекула має одну вісь симетрії і площини симетрії, що проходять через цю вісь. Якщо атоми в її складі однакові, то існує додаткова перпендикулярна до осі обертання площина симетрії, що проходить через середину відрізка, який сполучає ядра атомів.

Відсутність сферичної симетрії означає, що повний орбітальний момент не є квантовим числом для двоатомної молекули, проте таким квантовим числом є проєкція орбітального моменту на вісь симетрії. Величину проєкції орбітального моменту на вісь симетрії заведено позначати літерою $\mathrm{\Lambda }=0,1,2\dots$. Відповідні терми теж позначаються великими грецькими літерами:

$\mathrm{\Lambda }=0$ — $\mathrm{\Sigma }$-терм

$\mathrm{\Lambda }=1$ — $\mathrm{\Pi }$-терм

$\mathrm{\Lambda }=2$ — $\mathrm{\Delta }$-терм

Електронні терми характеризуються також повним спіном S усіх електронів. Кожен такий терм має виродження 2S+1, яке називають мультиплетністю терму. При позначеннях термів мультиплетність ставиться верхнім лівим індексом, наприклад терм $2^{}\mathrm{\Pi }$ має $\mathrm{\Lambda }=1$, $S=1$.

Існування площин симетрії, що проходять через вісь обертання означає виродженість електронних термів із $\mathrm{\Lambda }\ne 0$. При відображенні в такій площині напрям орбітального моменту змінюється на протилежний, оскільки орбітальний момент є аксіальним вектором. Тому стани з різними знаками проєкції орбітального моменту на вісь обертання мають однакову енергію. Щодо $\mathrm{\Sigma }$-термів, в яких $\mathrm{\Lambda }=0$, то вони зовсім не змінюються при відображенні в площині симетрії, тому є невиродженими. Однак, хвильова функція цих станів може міняти знак при відображенні. Якщо при відображенні в площині симетрії знак хвильової функції не міняється, то такий терм позначається ${\mathrm{\Sigma }}^{+}$, якщо знак змінюється на протилежний, то терм позначається ${\mathrm{\Sigma }}^{-}$.

Терми молекул із однакових атомів класифікуються також за парністю - поведінкою хвильової функції при одночасній зміні координат всіх атомів на протилежні. Терми, хвильові функції яких не міняють знак при такій заміні називаються парними і позначаються індексом g. Терми, хвильові функції яких змінюють знак на протилежний, називаються непарними і позначаються індексом u. Тому для симетричних двоатомних молекул терми мають позначення на зразок $2^{}{\mathrm{\Pi }}_g$ та $2^{}{\mathrm{\Pi }}_u$.

Основний стан

Основний стан двоатомної молекули як правило має найвищу симетрію - електронна хвильова функція інваріантна щодо всіх операцій симетрії і повний спін усіх електронів дорівнює нулю. Тобто, основним станом більшості двоатомних молекул є терм $1^{}{\mathrm{\Sigma }}^{+}$. Однак є винятки, найвідомішими з яких є молекули кисню та монооксиду азоту.

O₂ має основний терм $3^{}{\mathrm{\Sigma }}_g^{-}$

NO має основний терм $2^{}\mathrm{\Pi }$.

Див. також

• Електронні терми атомів

Джерела

• Шаблон:Cite book