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二.原子轨道在不同环境中的能级分裂


原子轨道波函数 可表示为径向函数与球谐函数的乘积:

在转动作用下,径向分布函数保持不变,仅与角量子数 、球谐函数 有关,某一 值的球谐函数在转动下产生的表示 是所有的分量值的加和:

转动角度为 的对称操作作用在角量子数为 的球谐函数上,产生的表示:

在不同对称性的配体场中,这些轨道函数可分裂为不同不可约表示的基,现以 O群对称性场为例说明:

=0时,即 s轨道:

无论转动多大角度,值恒为 1 s轨道的可约表示与 O群中 A1不可约表示完全相同。

表6-1旋转群表示基向点群不可约表示分解
=1时,即 p轨道,在恒等元素 E作用下, 3个 p分量保持不变,在 C4(转动1/2)作用下:
C3(转动为)作用下:

C2(转动)作用下:

得到的可约表示与 T1不可约表示完全相同,

p轨道可作为 O T1不可约表示的基函数

=2时, d规道在恒等元素 E作用下,仍有 5个分量,

C4作用下:

C3作用下:

C2作用下:

将可约表示 d代入公式

O群中可分解为 E T2表示的直和

E为二重简并, T2为三重简并,即 d轨道可分裂为 E T2二个能级。

=3时, f轨道也可得到一组可约表示,(见 O群特征标表)进行再约化,可约表示向不可约表示约化,可得 ,即 f轨道在 O群作用下可分解成 A2 T1 T2三个不可约表示的直和。

同理, g轨道可分解为 A1 E T1 T四个不可约表示的直和。

以上为各种原子轨道在 O群(八面体场)对称元素作用下进行的群分解,用相同方法,我们也可以得到各种原子轨道在 D4h(四方形场)、 Td(四面体场)、 D3d(三角场)等不同对称群作用下的轨道能级分裂。

例如 d轨道在 Oh(八面体场)作用下,可分裂为 Eg T2g两个能级, T2g能级较低,在 Td(四面体场)作用下,也分裂为 E T2两个能级,但 E能级较低,在 D4h(正方形)中, d轨道分裂为 A1g(dz2) B1g(dx2-y2) Eg(dxy,dzy)四个能级,其中 A1g能级最低,Eg其次, B2g再次, B1g最高。

图6-12 表示一组d 轨道被八面体和四面体环境分裂后,得到e t2轨道的相对能量图

图6-13 正八面体场中的d 电子能级

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