Кіріспе
Кванттық физикадағы белгілер Атомдық физикада термин символы – көп электронды атомдағы электрондардың жалпы спині мен орбиталық бұрыштық импульсінің кванттық сандарының қысқартылған сипаттамасы. Сондықтан, символ деген сөз басқаша түйсік тудырса да, ол физикалық шаманың нақты мәнін көрсетеді. Атомның белгілі бір электрондық конфигурациясы үшін оның күйі жалпы бұрыштық импульсіне, оның ішінде термин символымен көрсетілген спиндік және орбиталық компоненттерге байланысты. Көбінесе атомдық термин символдары LS байланысын (Расселл-Сандерс байланысы деп те аталады) қабылдайды, онда орбиталық (L), спиндік (S) және жалпы (J) бұрыштық моменттерге қатысты барлық электрондардың кванттық сандары жақсы кванттық сандар болып табылады. Атомдық спектроскопия терминологиясында L және S бірге терминді анықтайды; L, S және J – деңгейді, ал L, S, J және магниттік кванттық сан MJ – күйді анықтайды. Стандартты термин символы 2S+1LJ түрінде болады, онда J деңгейді көрсету үшін жазылуы мүмкін. L спектроскопиялық белгілеуді пайдаланып жазылады: мысалы, L = 0, 1, 2 немесе 3 үшін сәйкесінше "S", "P", "D" немесе "F" деп жазылады. LS байланысынан өзгеше, мысалы, кейбір ауыр элементтерге қолданылатын jj байланысы сияқты басқа схемалар үшін терминді анықтау үшін басқа белгілер қолданылады. Термин символдары бейтарап және зарядталған атомдарға, сондай-ақ олардың негізгі және қозған күйлеріне қолданылады. Термин символдары әдетте атомдағы барлық электрондар үшін жалпы мәнді көрсетеді, бірақ кейде берілген субқабықтағы немесе субқабықтар жиынтығындағы электрондарды сипаттау үшін қолданылады, мысалы, бірнеше ашық субқабықтары бар атомдағы әрбір ашық субқабықты сипаттау үшін. Нейтралды атомдардың негізгі күйін сипаттау үшін көбінесе Хунд ережелері қолданылады. Химиялық элементтердің нейтралды атомдары s және p блоктарындағы әр баған үшін бірдей термин символына ие, бірақ d және f блоктарындағы элементтерде айырмашылықтар бар, онда баған ішінде негізгі электрондық конфигурация өзгереді және Хунд ережелерінен ауытқулар болады. Химиялық элементтердің негізгі күй символдары төменде келтірілген. Термин символдары атом ядролары мен молекулалар үшін бұрыштық импульс кванттық сандарын сипаттау үшін де қолданылады. Молекулалық термин символдары үшін молекулалық ось бойымен орбиталық бұрыштық импульстің компонентін көрсету үшін грек әріптері қолданылады. Атомның электрондық күйі үшін термин сөзін қолдану Ридберг-Ритц комбинациялық принципіне негізделген, бұл спектрлік сызықтардың толқын сандарын екі терминнің айырмасы ретінде өрнектеуге болатын эмпирикалық байқау. Бұл кейіннен Бор моделімен қорытындыланды, ол терминнің квантталған энергия деңгейлерімен және осы деңгейлердің спектрлік толқын сандарының фотон энергияларымен байланысты екенін көрсетті. Атомдық энергия деңгейлерінің кестелері, олардың термин символдарымен анықталған, Ұлттық Стандарттар және Технология Институтында (NIST) қолжетімді. Спин-орбиталық өзара әрекеттесу жалпы спин мен орбиталық моменттерді біріктіріп, жалпы электрондық бұрыштық импульс кванттық санын J береді. Атомдық күйлер мынадай формадағы термин символдарымен жақсы сипатталады:
In atomic physics, a term symbol is an abbreviated description of the total spin and orbital angular momentum quantum numbers of the electrons in a multi electron atom. So while the word symbol suggests otherwise, it represents an actual value of a physical quantity. For a given electron configuration of an atom, its state depends also on its total angular momentum, including spin and orbital components, which are specified by the term symbol. The usual atomic term symbols assume LS coupling (also known as Russell–Saunders coupling) in which the all electron total quantum numbers for orbital (L), spin (S) and total (J) angular momenta are good quantum numbers. In the terminology of atomic spectroscopy, L and S together specify a term; L, S, and J specify a level; and L, S, J and the magnetic quantum number MJ specify a state. The conventional term symbol has the form 2S+1LJ, where J is written optionally in order to specify a level. L is written using spectroscopic notation: for example, it is written "S", "P", "D", or "F" to represent L = 0, 1, 2, or 3 respectively. For coupling schemes other that LS coupling, such as the jj coupling that applies to some heavy elements, other notations are used to specify the term. Term symbols apply to both neutral and charged atoms, and to their ground and excited states. Term symbols usually specify the total for all electrons in an atom, but are sometimes used to describe electrons in a given subshell or set of subshells, for example to describe each open subshell in an atom having more than one. The ground state term symbol for neutral atoms is described, in most cases, by Hund's rules. Neutral atoms of the chemical elements have the same term symbol for each column in the s block and p block elements, but differ in d block and f block elements where the ground state electron configuration changes within a column, where exceptions to Hund's rules occur. Ground state term symbols for the chemical elements are given below. Term symbols are also used to describe angular momentum quantum numbers for atomic nuclei and for molecules. For molecular term symbols, Greek letters are used to designate the component of orbital angular momenta along the molecular axis. The use of the word term for an atom's electronic state is based on the Rydberg–Ritz combination principle, an empirical observation that the wavenumbers of spectral lines can be expressed as the difference of two terms. This was later summarized by the Bohr model, which identified the terms with quantized energy levels, and the spectral wavenumbers of these levels with photon energies. Tables of atomic energy levels identified by their term symbols are available for atoms and ions in ground and excited states from the National Institute of Standards and Technology (NIST).). The spin orbit interaction then couples the total spin and orbital moments to give the total electronic angular momentum quantum number J. Atomic states are then well described by term symbols of the form:
мұнда
S – атом электрондарының жалпы спин кванттық саны. Термин символында жазылған 2S + 1 мәні спин көптігі болып табылады, ол белгілі бір спин S үшін спин магниттік кванттық саны MS-нің мүмкін мәндерінің саны.
J – атом электрондарының жалпы бұрыштық импульс кванттық саны. J-дің мәні |L − S| және L + S аралығында болады.
L – спектроскопиялық белгілеудегі жалпы орбиталық кванттық сан, онда L символдары:
L = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 (әліпбилік тәртіпте жалғасады)
S is the total spin quantum number for the atom's electrons. The value 2S + 1 written in the term symbol is the spin multiplicity, which is the number of possible values of the spin magnetic quantum number MS for a given spin S.
J is the total angular momentum quantum number for the atom's electrons. J has a value in the range from |L − S| to L + S.
L is the total orbital quantum number in spectroscopic notation, in which the symbols for L are:
L = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 (continued alphabetically)
Орбиталық символдар S, P, D және F s, p, d және f орбиталдарына сәйкес келетін спектроскопиялық сызықтардың сипаттамаларынан алынған: өткір, негізгі, диффузиялық және фундаментальды; қалғандары G-ден бастап (J, S және P әріптерін жіберіп) әліпбилік тәртіппен аталады. Атомның электрондық күйлерін сипаттау үшін қолданылғанда, термин символы көбінесе электрондық конфигурациядан кейін жазылады. Мысалы, 1s22s22p2 3P0 нейтраль көміртек атомының негізгі күйін көрсетеді. Үстіңгі индекс 3 спин көптігі 2S + 1 = 3 (бұл триплеттік күй) екенін көрсетеді, сондықтан S = 1; "P" әрпі L = 1 үшін спектроскопиялық белгі, ал төменгі индекс 0 J мәнін (бұл жағдайда J = L − S) көрсетеді. Кіші әріптер жеке орбитальдарды немесе бір электронды кванттық сандарды білдіреді, ал үлкен әріптер көп электронды күйлерді немесе олардың кванттық сандарын білдіреді.
Химиялық элементтердің атомдық символдары
Периодтық кестеде, бағанадағы элементтердің атомдары әдетте бірдей сыртқы электрондық құрылымға ие болғандықтан, және әрқашан "s блогы" және "p блогы" элементтерінде бірдей электрондық құрылымға ие болғандықтан (блокты (периодтық кесте) қараңыз), барлық элементтер бағананың негізгі күйінің бірдей терминдік символын бөлісе алады. Осылайша, сутегі және сілті металдарының барлығы 2S1/2, сілтілік жер металдары 1S0, бор бағана элементтері 2P1/2, көміртек бағана элементтері 3P0, пниктогендер 4S3/2, халькогендер 3P2, галогендер 2P3/2, ал инерттік газдар 1S0, жоғарыда көрсетілген толық қабықшалар мен қосалқы қабықшалар үшін ережеге сәйкес. Химиялық элементтердің негізгі күйлерінің терминдік белгілері төмендегі жиынтық кестеде келтірілген. d және f блоктарында элементтердің терминдік символдары әрқашан бірдей болмайды, себебі бірнеше d немесе f электроны бар ашық қабықшаларда бірнеше жақын араласқан энергия деңгейлері болады, олардың энергия реті жиі қосалқы қабықшаның толықтырылуымен бұзылады. Мысалы, кестеде әр түрлі негізгі күй терминдік символдары бар тік бойымен орналасқан атомдардың бірінші жұбы V және Nb болып табылады. Nb-ның 6D1/2 негізгі күйі V-ның 4F3/2 негізгі күйінен 2112 см-1 жоғарырақ жатқан қозған күйіне сәйкес келеді, ал ол өз кезегінде Nb-ның негізгі күйінен 1143 см-1 жоғарырақ жатқан Nb-ның қозған күйіне сәйкес келеді. Бір қосалқы қабықшаны толық меңгерген k эквивалентті электрондардың жалпы электрондық конфигурациясы үшін, жалпы қарастыру және компьютерлік кодты осы мақалада табуға болады.