不可约表示(irreducible representation)
/ ir-REE-juss; often shortened to "irrep" /
可以把一个点群的不可约表示想成它的"三原色":一组小而固定的基本对称行为,一切更复杂的行为都能由它们搭出来,而它们本身却无法再拆成更简单的东西。每一个都描述了某物——一个轨道、一次振动、一个矢量——响应分子对称操作的一种独特方式。它们是字符表的各行,并带着你在无机化学里随处可见的简短 Mulliken 标记:a1、e、t2g 等等。
每个不可约表示(常简称"irrep")由它的一组字符概括——每一类操作对应一个数——告诉你这种对称类型如何变换。Mulliken 标记把这一切编码进去:a 或 b 表示一维(非简并)类型,a 在主旋转下对称、b 反对称;e 表示一对二重简并、彼此混合;t 表示一个三重简并的三联组。下标添加细节:1 或 2 标示在次级轴或平面下的行为,g(gerade)或 u(ungerade)标示在中心对称群里对反演是对称还是反对称。于是"t2g"读作:一个三重简并、属第 2 类、对反演对称的组——这恰好就是八面体配合物中分裂出的某一组 d 轨道的标记。
为什么这些标记贯穿全部成键与光谱?因为每个轨道、每次分子振动、每个电子态,都必须属于该分子的某一个不可约表示——对称性不留别的选择。知道某物属于哪个 irrep,立刻就告诉你它能与什么相互作用:只有同一 irrep 的轨道才能组合成键,只有恰当 irrep 的振动才是红外或拉曼活性的,电子跃迁则按各 irrep 如何相乘而被允许或禁止。不可约表示,名副其实,就是基于对称性的化学的字母表。
在八面体(Oh)配合物中,五个 d 轨道分裂成一个三重简并的 t2g 组(dxy、dxz、dyz,指向配体之间)和一个二重简并的 eg 组(dz2、dx2-y2,正对配体)。t2g 和 eg 这些 Mulliken 标记,无非就是这些轨道所属的不可约表示。
分裂 d 轨道的 t2g 和 eg 标记,就是 Oh 群的不可约表示。
不可约表示在群内无法再分解成更小的;可约表示则可以。一个群里不可约表示的个数,总等于操作的类数——读字符表时这是个好用的校验。