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原子スペクトルのスペクトル項解釈についての疑問
101325の回答
スペクトル項の記号から、その電子状態のスピン量子数 S, 軌道角運動量量子数 L, 全角運動量量子数 J を読み取ることができます。 ■ Lについて アルファベットは、その準位（電子状態）の L を示しています。 L=0,1,2,3,4,5,...の各々に、アルファベットの S,P,D,F,G,H,...が対応しています。 ■ Sについて アルファベットの左上の数字は、その準位のスピン多重度を示しています。原子のスピン多重度は 2S+1 で与えられます(なぜならSz=-S,-S+1,...,S-1,S となる 2S+1 個の状態が縮重しているから）。ですので S は S=(左上の数字－１)÷2 で与えられます。 ■ Jについて LとSがどちらもゼロではないとき、LとSで指定される準位は、スピンと軌道の相互作用（LSカップリング）によって、Jで区別される準位に分裂します。角運動量の合成規則をつかうと、Jのとりうる値は J=L+S,L+S-1,...,|L-S| となります。L=0のときには J=S，S=0のときには J=L となって、Jのとりうる値はどちらの場合でもただ一つしかないので、LとSで指定される準位は分裂しません。アルファベットの右下には、LSカップリングで分裂した準位の J を（ふつうはひとつだけ）書きます。 ■ カリウムのスペクトル項について 以上を踏まえてカリウムのスペクトル項を読むと次のようになります。 2S1/2 -> S=1/2, L=0, J=1/2 2P3/2 -> S=1/2, L=1, J=3/2 2P1/2 -> S=1/2, L=1, J=1/2 2SはL=0なので、LSカップリングによる準位の分裂はありません。2Pが、LSカップリングによって、2P3/2と2P1/2の二つの準位に分裂しています。 2Pと同じように、2Dは2D5/2と2D3/2に分裂します。ですけど、LSカップリングによる分裂幅が小さい場合は、順位図に書くと、2D5/2と2D3/2の準位がほとんど重なってしまいますので、これらをまとめて2D5/2,3/2のように記します。2F7/2,5/2も同様で、S=1/2, L=3, J=7/2 と S=1/2, L=3, J=5/2 の二つの準位を表しています。 ■具体的な質問について > 2S1/2では，縮重度が2で角運動量指数L=0を表していると思うのですが，S項（成分数が1）であるにもかかわらず縮重が見られるという現象をどう解釈すれば良いですか？ 縮重度が2、というのはスピン状態の縮重度が2、ということを意味しています。S=1/2ですので、Sz=-1/2,1/2の二つの状態、つまりスピンが上向きの状態とスピンが下向きの状態とが縮重しています。一般にはLとSで指定される状態の縮重度は(2L+1)×(2S+1)で与えられます。 >上記各々の項記号はＫの電子配置(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)1とどう対応がつきますか？ 電子配置(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)1には、項記号2S1/2が対応します。 他の項記号は励起状態の電子配置に対応します。 (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4p)1 -> 2P3/2,1/2 (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4d)1 -> 2D5/2,3/2 (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4f)1 -> 2F7/2,5/2 ただし一対一の対応ではないです。例えば (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(3d)1 -> 2D5/2,3/2 です。 電子配置からスペクトル項を計算する方法については http://oshiete1.goo.ne.jp/qa3463601.html をご覧ください。
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