В спектроскопии и химии квантовой , то кратность из уровня энергии определяется как 2S + 1 , где S представляет собой суммарный спиновый момент . [1] [2] [3] Состояния с кратностью 1, 2, 3, 4, 5 соответственно называются синглетами , дублетами , триплетами , квартетами и квинтетами. [2] Кратность также равна числу неспаренных электронов плюс один. [4]
Атомы [ править ]
Множественность часто равна количеству возможных ориентаций полного спина относительно полного орбитального углового момента L и, следовательно, количеству почти вырожденных уровней, которые различаются только своей энергией спин-орбитального взаимодействия .
Например, основное состояние из углеродного атома представляет собой 3 Р - состояние. Верхний индекс три (читается как триплет ) указывает, что кратность 2S + 1 = 3, так что полный спин S = 1. Этот спин обусловлен двумя неспаренными электронами в результате правила Хунда, которое способствует однократному заполнению вырожденных орбиталей. . Триплет состоит из трех состояний со спиновыми компонентами +1, 0 и –1 вдоль направления полного орбитального углового момента, который также равен 1, как обозначено буквой P. Квантовое число полного углового момента J может изменяться от L + S = 2 до L – S = 0 с шагом целого числа, так что J = 2, 1 или 0. [1] [2]
Однако множественность равна количеству ориентаций спина, только если S ≤ L. Когда S> L, возможны только 2L + 1 ориентации полного углового момента в диапазоне от S + L до SL. [2] [3] Первый состояние азота атом представляет собой 4 S состояния, для которых 2S + 1 = 4 в квартет состоянии, S = 3/2 за счет трех неспаренных электронов. Для состояния S L = 0, так что J может быть только 3/2, и есть только один уровень, даже если кратность равна 4.
Молекулы [ править ]
Большинство стабильных органических молекул имеют полные электронные оболочки без неспаренных электронов и, следовательно, имеют синглетные основные состояния. Это верно также для неорганических молекул, содержащих только элементы основной группы . Важными исключениями являются дикислород (O 2 ), а также метилен (CH 2 ) и другие карбены .
Однако, более высокие спина основные состояния очень распространены в координационных комплексов с переходными металлами . Простое объяснение спиновых состояний таких комплексов дает теория кристаллического поля .
Dioxygen [ править ]
Самый высокий занятый орбитальный энергетический уровень дикислорода - это пара разрыхляющих π * -орбиталей . В основном состоянии дикислорода этот энергетический уровень занят двумя электронами с одинаковым спином, как показано на диаграмме молекулярных орбиталей . Таким образом, молекула имеет два неспаренных электрона и находится в триплетном состоянии.
Напротив, первое возбужденное состояние кислородного кислорода имеет два электрона с противоположным спином на уровне π *, так что неспаренных электронов нет. Следовательно, это синглетное состояние и известно как синглетный кислород .
Карбены [ править ]
В области органической химии , карбены представляют собой молекулы, имеющие атомы углерода с только шесть валентных электронов и , следовательно , не подчиняться правилу октета . [5] Карбены обычно разделяются на синглетные карбены и триплетные карбены, названные в честь их спиновой множественности. У обоих есть два несвязывающих электрона; в синглетных карбенах они существуют как неподеленная пара и имеют противоположные спины, так что нет чистого спина, тогда как в триплетных карбенах эти электроны имеют параллельные спины. [6]
См. Также [ править ]
- Квантовые числа
- Главное квантовое число
- Азимутальное квантовое число
- Магнитное квантовое число
- Спиновое квантовое число
- Обменное взаимодействие
- Условное обозначение
- Правила Слейтера
- Эффективный ядерный заряд
- Эффект экранирования
Ссылки [ править ]
- ^ a b Аткинс и де Паула 2006 , стр. 353.
- ^ a b c d Левин 1991 , стр. 308.
- ^ a b «кратность (кратность спинов)» . Сборник химической терминологии ИЮПАК . ИЮПАК ( Международный союз теоретической и прикладной химии ). 2006. DOI : 10,1351 / goldbook.M04062 . ISBN 0-9678550-9-8. Проверено 30 марта 2018 .
- ^ Miessler & Тарр 1999 , стр. 33.
- ^ Clayden et al. 2001 , стр. 1055.
- ^ Clayden et al. 2001 , стр. 1061.
Библиография [ править ]
- Аткинс, Питер; де Паула, Хулио (2006). Физическая химия Аткинса (8-е изд.). США: Издательство Оксфордского университета . ISBN 0-7167-8759-8.
- Клейден, Джонатан; Гривс, Ник; Уоррен, Стюарт; Уотерс, Питер (2001). Органическая химия . США: Издательство Оксфордского университета . ISBN 0-19-850346-6.
- Левин, Ира Н. (1991). Квантовая химия (4-е изд.). США: Прентис-Холл . ISBN 0-205-12770-3.
- Мисслер, Гэри Л .; Тарр, Дональд А. (1999). Неорганическая химия (2-е изд.). Прентис-Холл. ISBN 0-13-841891-8.
