自由離子譜項符號(free-ion term symbol)
/ term symbol /
像 d2 這樣的電子組態看上去是一個整潔的單一答案,但它其實藏著好幾個不同的能量狀態,因為兩個電子彼此之間的軌道運動和自旋可以有不止一種排布方式。自由離子譜項符號就是給孤立離子的每一個這樣的狀態貼上的緊湊標籤——一種把電子角動量在沒有任何配體來打擾之前如何相加打包起來的速記。
這個符號寫成一個字母帶上標、(完整形式下)再帶下標,比如 3F。大寫字母用 S、P、D、F、G 這套代碼編碼總軌道角動量 L(對應 L = 0、1、2、3、4),它告訴你電子的軌道運動如何組合。左上標是自旋多重度 2S+1,其中 S 是總自旋——它數的是未成對電子的格局(上標為 3 表示三重態,兩個未成對電子)。可選的右下標是 J,即自旋與軌道耦合後得到的總角動量。對一給定組態,洪特規則挑出哪個譜項是基態:先取最高自旋,再取最高 L。
這些譜項之所以重要,是因為它們是理解配合物光譜真正的出發點。配合物那些微弱的 d-d 譜帶,正是這些自由離子譜項在配位場把它們劈開之後所衍生出的狀態之間的躍遷,而分析靠的是 Orgel 圖和 Tanabe-Sugano 圖,它們恰恰畫出每個自由離子譜項隨場增強而如何展開。所以在讀譜之前,你要先列出離子的譜項,用洪特規則找出基譜項,再跟著它們進入配位場。誠實的提醒:譜項符號描述的是自由的氣相離子;一旦你把它放進配合物,圖景就變了——這正是接下來那些場分裂圖的全部意義。
自由的 d2 離子(比如 V3+)的基譜項是 3F:上標 3 表示自旋三重態(兩個未成對電子,2S+1 = 3),F 表示總軌道角動量 L = 3。洪特規則在 d2 的諸譜項(3P、1G、1D、1S)中挑出 3F 為能量最低者。
自由 d2 的基譜項:3F(L = 3 的自旋三重態)。
譜項符號不等於電子組態:一個像 d2 這樣的組態會產生好幾個譜項(3F、3P、1G、1D、1S)。組態說的是哪些軌道被佔據;譜項說的是角動量如何相加。