能項符號
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能項符號是量子力學中描述多電子原子中（總）角量子數的縮寫符號（實際上單個電子也可以用能項符號來描述）。具有給定電子排布的原子的每個能級不僅由電子排布來描述，還由其能項符號來描述，因為能級還取決於包括自旋在內的總角動量。考慮原子的能項符號時，通常假定存在自旋-軌道耦合現象。原子的基態能項符號由洪特規則預測。
能項一詞的使用是基於里德堡-里茲組合原理：頻譜線的波數可以表示為兩個能級之差。後來由玻爾模型進行了總結，該模型確定了具有量子化能級的能項（乘以hc，其中h是普朗克常數，而c是光速），並確定了與光子能量相關的光譜波數（再次乘以hc）。
旋軌耦合與符號 編輯
對於輕原子，自旋-軌道相互作用很小，因此總角量子數L和總自旋量子數S是好量子數。 L和S之間的相互作用稱為LS耦合（自旋-軌道耦合）或Russell-Saunders耦合（以Henry Norris Russell和Frederick Albert Saunders的名字命名，他們在1925年對此進行了描述[1]）。用以下形式的能項符號可以很好地描述原子狀態：
其中
- S為總自旋量子數，2S+1為自旋多重度，表示L≥S條件下，對給定L和S，總角動量量子數J的可能狀態數。（如果L<S，則可能的J的最大數目為2L+1）[2]這可以通過式Jmax = L + S與Jmin = |L − S|很容易地證明：J的可能狀態數為Jmax − Jmin + 1。
- L是總角量子數的光譜符號。前17個角量子數對應的光譜符號為：
L = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 ... S P D F G H I K L M N O Q R T U V (依字母順序)[註釋 1]
S、P、D、F四個符號是根據與s、p、d、f軌道對應的光譜線的特性得出的：銳線系（sharp）、主線系（principal）、漫線系（diffuse）和基線系（fundamental）；其餘的按字母順序從G開始命名，只是省略了J。當用於描述原子中的電子狀態時，能項符號通常遵循電子構型。 例如，碳原子的一個低能級的能項符號表示為1s22s22p2 3P2。 上標3表示自旋狀態是三重態，因此S=1（2S+1=3），P是L=1的光譜符號，下標2是J的值。使用相同的規則，可將碳的基態表示為1s22s22p2 3P0。[3]
腳註 編輯
- ^ 角動量值大於20（符號Z）的光譜符號沒有官方約定。對此，許多作者開始使用希臘字母（α，β，γ，…）。不過需要這種表示法的場合很少。
參考文獻 編輯
- ^ H. N. Russell and F. A. Saunders, New Regularities in the Spectra of the Alkaline Earths （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, Astrophysical Journal, vol. 61, p. 38 (1925)
- ^ Levine, Ira N., Quantum Chemistry (4th ed., Prentice-Hall 1991), ISBN 0-205-12770-3
- ^ NIST Atomic Spectrum Database （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） To read neutral carbon atom levels for example, type "C I" in the Spectrum box and click on Retrieve data.