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混成軌域還是能量本征態嗎?

2021-03-01知識

感覺題主是化學專業的學生,我就不講太多物理,也不寫什麽方程式了。以前在國內翻過很多化學的教材,但凡碰到量子力學有關的東西往往語焉不詳,解釋也模糊不清,實在是很可惜。很多東西我也是轉向物理之後才真正理解。實際上這些東西本身並不難,但耐何教材水平太差。

混成軌域是為了滿足你的哈密頓的對稱性而創造出來的線性組合。以這些新的線性組合出來的波函式(實際應當稱為「群軌域」)為基可以大大簡化計算,並且有助於理解能階和對稱性的關系。

分子軌域理論裏,分子的哈密頓是定義在由所有的原子(包括中心原子和其他原子)的原子軌域所組成的希爾伯特空間裏,所以從這個意義上說, 中心原子 的混成軌域並不足以夠成 整個分子 的能量本征態。

但是就中心原子本身而言,混成軌域 可以(但不一定) 這個原子 的能量本征態。混成軌域是該中心原子本身的能量本征態的前提是,混成前的軌域具有相同的能量。

以簡單的 sp^n 混成為例:如果是氫原子的n=2的能階上的軌域混成,由於氫原子的每個主量子數之下的軌域都具有相同的能量。所以混成前它們都是具有相同能量的本征態,因而它們的線性組合自然是一個具有同樣能量的本征態。

但對於多電子原子,s軌域跟p軌域的能階不再相同,例如碳原子。那麽碳原子的 sp^n 混成軌域就不再是 碳原子 的本征態。

最後多說一句,

混成軌域一定是對稱性操作的本征態。