不可約表示(irreducible representation)
/ ir-REE-juss; often shortened to "irrep" /
可以把一個點群的不可約表示想成它的「三原色」:一組小而固定的基本對稱行為,一切更複雜的行為都能由它們搭出來,而它們本身卻無法再拆成更簡單的東西。每一個都描述了某物——一個軌道、一次振動、一個矢量——響應分子對稱操作的一種獨特方式。它們是字符表的各行,並帶著你在無機化學裡隨處可見的簡短 Mulliken 標記:a1、e、t2g 等等。
每個不可約表示(常簡稱「irrep」)由它的一組字符概括——每一類操作對應一個數——告訴你這種對稱類型如何變換。Mulliken 標記把這一切編碼進去:a 或 b 表示一維(非簡併)類型,a 在主旋轉下對稱、b 反對稱;e 表示一對二重簡併、彼此混合;t 表示一個三重簡併的三聯組。下標添加細節:1 或 2 標示在次級軸或平面下的行為,g(gerade)或 u(ungerade)標示在中心對稱群裡對反演是對稱還是反對稱。於是「t2g」讀作:一個三重簡併、屬第 2 類、對反演對稱的組——這恰好就是八面體配合物中分裂出的某一組 d 軌道的標記。
為什麼這些標記貫穿全部成鍵與光譜?因為每個軌道、每次分子振動、每個電子態,都必須屬於該分子的某一個不可約表示——對稱性不留別的選擇。知道某物屬於哪個 irrep,立刻就告訴你它能與什麼相互作用:只有同一 irrep 的軌道才能組合成鍵,只有恰當 irrep 的振動才是紅外或拉曼活性的,電子躍遷則按各 irrep 如何相乘而被允許或禁止。不可約表示,名副其實,就是基於對稱性的化學的字母表。
在八面體(Oh)配合物中,五個 d 軌道分裂成一個三重簡併的 t2g 組(dxy、dxz、dyz,指向配體之間)和一個二重簡併的 eg 組(dz2、dx2-y2,正對配體)。t2g 和 eg 這些 Mulliken 標記,無非就是這些軌道所屬的不可約表示。
分裂 d 軌道的 t2g 和 eg 標記,就是 Oh 群的不可約表示。
不可約表示在群內無法再分解成更小的;可約表示則可以。一個群裡不可約表示的個數,總等於操作的類數——讀字符表時這是個好用的校驗。