Мультиплeтность

МУЛЬТИПЛEТНОСТЬ (от лат. multiplex-многократный), число квантовых состояний молекулы, различающихся только ориентацией суммарного электронного спина. Для мол. систем, в к-рых спин-орбитальное взаимодействие пренебрежимо мало, состояния с разл. ориентацией спина имеют одинаковую энергию; в этом случае мультиплетность-кратность вырождения энергетического уровня, обусловленная спином. Вырождение снимается под действием магн. поля, что отражается в спектрах как появление групп спектральных линий (мульти-плетов), в к-рых расстояние между линиями существенно меньше, чем расстояние между группами. Снятие вырождения в магн. поле используется для эксперим. изучения частиц с ненулевым спином методом ЭПР.

Мультиплетность определяется квантовым числом S для квадрата электронного спина молекулы: ²S(S+1) (-постоянная Планка). Состоянию с данным S отвечают 2S + 1 значение проекции спина на ось, т. е. мультиплетность =2S+1. Поскольку спин электрона полуцелый, то -натуральное число, причем для N-электронной молекулы с четным N возможные значения мультиплетности равны 1, 3, 5,...; соответствующие состояния наз. син-глетными, т р и п л е т н ы м и, к в и н т е т н ы м и и т.д. При нечетных N принимает значения 2, 4, 6,... (д у б л е т н ы е, к в а р т е т н ы е, с е к с т е т н ы е и т.д. состояния); во всех случаях <= N + 1. При обозначении электронных состояний молекулы мультиплетность указывается слева вверху от букв. обозначения состояния. Так, осн. (низшее по энергии) состояние ОН^.-дублетное p-состояние обозначается как ²П (см. Возбужденные состояния).

Как правило, для осн. состояний молекул мультиплетность мала (=1, 2 или 3). В рамках теории мол. орбиталей это связывают с тем, что в соответствии с Паули принципом низшие по энергии одноэлектронные уровни (мол. орбитали) заняты двумя электронами и дают нулевой вклад в суммарный спин. Состояниям с > 1 отвечают лишь частично заполненные электронные оболочки. В этом случае относит. положение по энергии состояний с одной и той же электронной конфигурацией определяется правилом Хунда: энергия убывает с ростом мультиплетности (см. Хунда правила). Наиб. высокие значения мультиплетности для осн. состояний наблюдаются в соед. РЗЭ и лантаноидов; напр., для GdO в осн. состоянии мультиплетность равна 9.

Мультиплетность состояния-важная характеристика хим. поведения частицы, о чем свидетельствует, напр., существенно разное поведение синглетного и триплетного карбена :С₂. Молекулы в дублетных осн. состояниях называют радикалами, в триплетных-бирадикалами. Считается, что молекулы в не-синглетных состояниях обладают повыш. реакц. способностью из-за частичной заполненности электронных оболочек (имеют неспаренные электроны). Однако это не всегда справедливо (напр., молекула О₂-бирадикал).

Мультиплетность используют для классификации квантовых переходов: переходы между состояниями с разной мультиплетностью наз. интерк о м б и н а ц и о н н ы м и; если спин-орбитальное взаимод. слабо, такие переходы маловероятны (см. Квантовые переходы).

Анализ тонкой структуры спектра атомов и молекул требует учета спин-орбитального и др. взаимодействий. Напр., у атома с орбитальным (угловым) моментом кол-ва движения L и спином S состояния с разными значениями суммарного момента I = L + S из-за спин-орбитального взаимод. различаются по энергии (т. наз. мультиплетное расщепление). Число таких состояний наз. мультиплет-ностью терма; оно равно |L + S| — |L— S| + 1 и совпадает с =2S + 1 лишь если L >= S. При L = 0 мультиплетность терма, по определению, считается равной 2S + 1. Мультиплетное расщепление при сильном спин-орбитальном взаимод. м. б. столь заметным, что близкими по энергии оказываются состояния с разл. спином. В подобных случаях, типичных для атомов и соед. тяжелых элементов, классификация состояний по спину (а значит, и по мультиплетности) теряет значение. При этом требуется изменить набор квантовых чисел, характеризующих молекулу или атом.

Лит. см. при ст. Спин. В. И. Пупышев.

Страница «МУЛЬТИПЛEТНОСТЬ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.