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:

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

Każdy z tych momentów pędu jest osobno skwantowany:

${\displaystyle L={\sqrt {L(L+1)}}\hbar ,}$

${\displaystyle S={\sqrt {S(S+1)}}\hbar ,}$

${\displaystyle J={\sqrt {J(J+1)}}\hbar .}$

Symbolika

Aby opisać termy atomowe stosuje się następujący symbol:

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

gdzie:

${\displaystyle L}$ – symbol termu,

${\displaystyle 2S+1}$ – multipletowość,

${\displaystyle J}$ – wartość sprzężenia LS.

Symbol termu atomowego określa się literą alfabetu łacińskiego:

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|.

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 m_l była jak największa. Do obliczenia wartości L i S należy skorzystać z wzorów:

${\displaystyle L=\sum _{i}l_{i},}$

${\displaystyle S=\sum _{i}s_{i}.}$

Stąd otrzymamy, L = 1 i S = 1/2. Natomiast J wyniesie 1/2 i 3/2. Zatem ostatecznie, symbole termów będą następujące: ${\displaystyle ^{2}\!P_{1/2},}$ ${\displaystyle ^{2}\!P_{3/2}.}$

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 ${\displaystyle ^{2}\!P_{1/2}.}$

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.