Кіріспе
Жүйенің бір кванттық күйден екіншісіне өтуіне формалды шектеу. Физика және химияда таңдау қағидасы немесе ауысу қағидасы жүйенің бір кванттық күйден екіншісіне өту мүмкіндіктерін формалды түрде шектейді. Электромагниттік ауысуларға қатысты молекулалар, атомдар, атом ядролары және тағы да басқалары үшін таңдау қағидалары туындырылған. Таңдау қағидалары ауысуды бақылауға қолданылатын әдіске байланысты өзгеше болуы мүмкін. Таңдау қағидасы химиялық реакцияларда да маңызды рөл атқарады, онда кейбір реакциялар формалды түрде спинге қатысты тыйым салынған, яғни спин күйі реагенттерден өнімдерге кем дегенде бір рет өзгеретін реакциялар болып табылады. Бұдан әрі негізінен атомдық және молекулалық ауысулар қарастырылады.
In physics and chemistry, a selection rule, or transition rule, formally constrains the possible transitions of a system from one quantum state to another. Selection rules have been derived for electromagnetic transitions in molecules, in atoms, in atomic nuclei, and so on. The selection rules may differ according to the technique used to observe the transition. The selection rule also plays a role in chemical reactions, where some are formally spin forbidden reactions, that is, reactions where the spin state changes at least once from reactants to products. In the following, mainly atomic and molecular transitions are considered.
Электрондық спектрлер
Лапорт ережесі – формалды түрде былай тұжырымдалған таңдау ережесі: Центрлік симметриялы ортада s–s, p–p, d–d немесе f–f сияқты бірдей атомдық орбитальдар арасындағы өтулерге тыйым салынады. Лапорт ережесі (заңы) электрлік дипольдік өтулерге қолданылады, сондықтан оператордың u симметриясы бар (яғни жұп емес, тақ). p орбитальдарының да u симметриясы бар, сондықтан өту моменті функциясының симметриясы u×u×u үштік көбейтіндісімен беріледі, ол u симметриясына ие. Сондықтан бұл өтулерге тыйым салынған. Сол сияқты, d орбитальдарының g симметриясы бар (яғни жұп, тура), сондықтан g×u×g үштік көбейтіндісі де u симметриясына ие және өтуге тыйым салынады. Жеке электронның толқындық функциясы кеңістікке тәуелді толқындық функция мен спиндік толқындық функцияның көбейтіндісі болып табылады. Спин бағытталған және жұптық санын өзгере алады деуге болады. Осыдан спиннің "бағытын" өзгертетін өтулерге тыйым салынады. Формальды түрде, тек бірдей жалпы спиндік кванттық санына ие күйлер ғана "спинге рұқсат етілген" болып саналады. Кристаллдық өріс теориясында спинге тыйым салынған d–d өтулері, спинге рұқсат етілген өтулерге қарағанда әлдеқайда әлсіз. Екеуі де Лапорт ережесіне қарамастан байқалуы мүмкін, себебі нақты өтулер антисимметриялық дірілдермен байланысты және дипольдік момент операторымен бірдей симметрияға ие.
Дәрелістік спектрлер
Дәнекерлеу спектроскопиясында әртүрлі дәнекерлеу күйлері арасындағы ауысулар байқалады. Фундаменталды тербеліс кезінде молекула негізгі күйінен (v = 0) алғашқы қозған күйіне (v = 1) қоздырылады. Негізгі күй толқын функциясының симметриясы молекуланың симметриясымен бірдей. Сондықтан ол молекуланың нүктелік тобындағы толық симметриялық бейнелеудің негізі болып табылады. Осыдан, вибрациялық ауысудың рұқсат етілуі үшін, қозған күйдегі толқын функциясының симметриясы ауысу моменті операторының симметриясымен сәйкес болуы керек. Инфрақызыл спектроскопиясында ауысу моменті операторы x және/немесе y және/немесе z түрінде түрленеді. Қозған күйдегі толқын функциясы да кем дегенде осы векторлардың бірі ретінде түрленуі тиіс. Раман спектроскопиясында оператор төмендегі мінездеме кестесінің оң жақ бағанындағы екінші реттік мүшелердің бірі ретінде түрленеді. Мінездеме кестесін қарастыру төрт тербелістің барлығының Раман активті екенін, бірақ инфрақызыл спектрде тек T2 тербелісін ғана көруге болатынын көрсетеді. Гармоникалық жуықтауда, үндеулердің инфрақызыл және Раман спектрлерінде тыйым салынғандығы көрсетіледі. Алайда, гармониясыздық ескерілгенде, ауысулар нашар рұқсат етіледі. Раман және инфрақызыл спектроскопиясында таңдау ережелері Раман және/немесе ИҚ спектрдегі белгілі бір тербеліс режимдерінің нөлдік интенсивтілігін болжайды. Идеалдық құрылымнан ауытқулар таңдау ережелерінің жеңілдеуіне және спектрлерде осы күтпеген фонондық режимдердің пайда болуына әкелуі мүмкін. Сондықтан спектрдегі жаңа режимдердің пайда болуы симметрияның бұзылуының пайдалы индикаторы болуы мүмкін.
Ротациялық спектрлер
Қатты ротордағы айналу толқындары функцияларының симметриясынан туындайтын айналу өтпелері үшін таңдау қағидасы ΔJ = ±1, мұнда J – айналу кванттық саны.
Қиылысқан ауысулар
Дәрелістік-айналмалы спектрлерде байқалатын қосарланған ауысудың көптеген түрлері бар. Қозған күйдегі толқындық функция екі толқындық функцияның – мысалы, тербелістік және айналыстық – көбейтіндісі болып табылады. Басты қағида – қозған күйдің симметриясы, құрауыш толқындық функциялардың симметриясының тікелей көбейтіндісі арқылы анықталады. Ровиброникалық ауысуларда қозған күйлер үш толқындық функцияны қамтиды. Сутек хлориді газының инфрақызыл спектрінде тербеліс спектріне үстіне орналасқан айналыстың ұсақ құрылымы байқалады. Бұл гетероядролық диатомдық молекулалардың инфрақызыл спектрлеріне тән. Онда P және R тармақтары көрінеді. Тербеліс жиілігінде орналасқан Q тармағы болмайды. Симметриялы жоғарғы молекулалар Q тармағын көрсетеді. Бұл іріктеу ережелерін қолдану нәтижесінде туындайды. Резонанстық Раман спектроскопиясы виброникалық байланысты қамтиды. Ол негізгі және гармоникалық ауысулардың қарқындылығын күрт арттырады, себебі тербелістер рұқсат етілген электрондық ауысудан қарқындылықты "алыстатады". Сырттай көрінгенінше, іріктеу ережелері Раман спектроскопиясындағыдай.
Жер бетінің
Жер бетіндегі тербеліс спектроскопиясында, тербеліс спектрлерінде байқалатын шыңдарды анықтау үшін жер бетінің таңдау ережесі қолданылады. Молекула субстратқа адсорбцияланғанда, ол субстратта қарама-қарсы бейне зарядтарын тудырады. Молекуланың дипольдік моменті және бетке перпендикуляр бейне зарядтары бір-бірін күшейтеді. Ал, молекуланың дипольдік моменттері мен бетке параллель бейне зарядтары өзара жойылады. Сондықтан, тербеліс спектрінде тек бетке перпендикуляр динамикалық дипольдік моментті тудыратын молекулалық тербеліс шыңдары ғана байқалады.