原子、分子與光物理
洪德定則(Hund's rules)
/ HOONT /
單一電子組態(例如碳的 2p^2)並不對應唯一的能量——兩個 p 電子可用數種不同方式分配自旋與軌道運動,每一種都是一個不同的原子項、有各自的能量。洪德定則是三條快速法則,讓你不必對角化任何矩陣就能判斷其中哪一種是基態——孤立原子中能量最低的項。
依嚴格的優先順序套用:(1) 使總自旋 S 最大,即選最大的自旋多重度 2S+1;(2) 在 S 相同的諸項中,使總軌道角動量 L 最大;(3) 在 S 與 L 都相同者中,若開放次殼層未達半滿則取總角動量 J = |L - S|,超過半滿則取 J = L + S(半滿次殼層 L = 0,故 J = S)。規則一是交換物理:自旋平行的電子因反對稱性被迫分開,降低了彼此的庫侖排斥。規則二是同一種「互相迴避」在軌道運動上較弱的版本。規則三則是自旋-軌道交互作用的正負號,它在殼層前半與後半之間翻轉。
每當你指定基態的原子項符號、解釋為何氧(2p^4)是自旋三重態的順磁體,或預測稀土離子的磁矩時,都會用到洪德定則。誠實的限制:它們只對 LS 耦合區(輕到中等原子)中孤立原子的基態項可靠;規則三假設 LS 耦合,對於自旋-軌道與電子-電子項分裂相當的重原子會失效;而這些規則對激發態各項的排序並無可信的說法。
碳 2p^2:規則一給 S = 1(三重態),規則二給 L = 1(P 項),故該項為 ^3P;次殼層未達半滿,規則三選 J = |1 - 1| = 0。基態項為 ^3P_0,激發的 ^1D_2 與 ^1S_0 項位於其上。
三條規則從一個組態產生的多重項中挑出唯一的基態項。
洪德定則能可靠地定出基態項的順序,但不應用來排定激發態各項——尤其第二、第三條規則對激發組態可能反轉。
又稱
另見