Thursday, 30 March 2017

L-S Coupling

Term symbol of an atomic orbital
Or
L-S Coupling
Or
Russel-Saunder Coupling


परमाणु (atom) में दो प्रकार की spin पायी जाती है जिससे  दो प्रकार की चुम्बकीय आघूर्ण (magnetic moment)  उत्पन्न  होती है –
  1. इलेक्ट्रान की चक्रण गति से -  चक्रण आघूर्ण (spinmagnetic moment) इसे S से प्रदर्शित करते है  
  2. ऑर्बिटल की गति से  -  ऑर्बिटल चुम्बकीय आघूर्ण (orbital magnetic moment)  इसे L से प्रदर्शित करते है  
अत: दोनों द्वारा उत्पन्न चुम्बकीय आघुर्नो का युग्मन जटिलता उत्पन्न करता है इसे L-S युग्मन के द्वारा ज्ञात किया जाता है

शर्त :-  L-S युग्मन तभी ज्ञात किया जाता है जब चक्रण-ऑर्बिटल अन्योन्य क्रिया कम हो


L-S युग्मन को निम्न फार्मूला द्वारा ज्ञात किया जाता है –
                2S+1LJ  या n+1LJ 
जहाँ
        J = Total Angular momentum quantum no.
                n  =   No. of  unpaired Electron
                2S+1 = n+1 =Spin  multiplicity  of state (चक्रण बहुलता)

समान्यतः इसमें 3 प्रकार के प्रश्न पूछे जाते है –
  1. कौन सा state संभव है या नही
  2. Ground state term (आद्य अवस्था)
  3. No. of possible term
L-S युग्मन को 2S+1LJ  फार्मूला द्वारा कैसे ज्ञात किया जाता है-
 इसके लिए L, S एवं J का मान ज्ञात होना आवश्यक है
1. L के मान के लिए (l - l  coupling)-

l-l  coupling value
0
1
2
3
4
5
6
7
State
S
P
D
F
G
H
I
K
संभावित L की संख्या = |(l1 + l2)| +.................+ |(l1 - l2)|
 L = l1 + l2 + l3 + l4.........

 उदहारण :- P ऑर्बिटल में 2 इलेक्ट्रान हो तो –




 +1     0     -1   
  अतः L = (+1) + (0)
         = 1        अर्थात State = P 

यदि P ऑर्बिटल में 3 इलेक्ट्रान हो तो –
       
 +1     0     -1   
  अतः L = (+1) + (0) + (-1)
         = 0        अर्थात State = S
  
 यदि P ऑर्बिटल में 4 इलेक्ट्रान हो तो –
       
            +1   0   -1   
  अतः L = (+1) + (+1) + (0) + (-1)
         = 1        अर्थात State = P

अन्य उदहारण :-    
 d4 = (+2) + (+1) + (0) + (-1)
    = 2         अर्थात State = D
d6 = (+2) + (+2) + (+1) + (0) + (-1) + (-2)
    = 2         अर्थात State = D

2. S के मान के लिए (s – s coupling)-
       S = n/2   या  S = n ×1/2
 जहाँ n = No. of unpaired electron
          2S+1 = Spin  multiplicity  of state (चक्रण बहुलता)


3. J के मान के लिए (L-S coupling)-

संभावित J की संख्या = |(L + S)| +.................+ |( L - S)|
 J = 2S+1 यदि L S
 J = 2L+1 यदि L ˂ S

Determination of Ground state term(GST) (आद्य अवस्था)

Hund rule के अनुसार प्राथमिकता –
 1. जिसमे Spin  multiplicity  का मान ज्यादा हो (S value)  
       1 1D   2 4F   3P
    उपरोक्त उदहारण में maximum Spin  multiplicity  का मान 4 है जो की 4F के रूप में है अतः उपरोक्त में GST = 4F

2. यदि विभिन्न state में  Spin  multiplicity  का मान समान  हो तो maximum L value का चुनाव करते है
    3G   3F   3 

    उपरोक्त उदहारण में Spin  multiplicity  का मान समान है अतः maximum L value का चुनाव करते है जो की G है

      अतः उपरोक्त में GST = 3G
3. यदि S value एवं L value का मान सामान हो तो J value     का चुनाव निम्न विधी द्वारा किया जाता है
    a) यदि ऑर्बिटल में इलेक्ट्रान हाफ फील्ड से कम हो तो
        J = L - S
    b) यदि ऑर्बिटल में इलेक्ट्रान हाफ फील्ड से ज्यादा या बराबर हो तो
        J = L + S
उदहारण:-
1.Calculate GST for H atom
   Electronic configuration = 1S1
                so
                        S =  +1/2  ,  2S+1 = 2
                        L = 0   i.e. state = S
                        J = L+S = 0+1/2  = 1/2 
so GST for H atom = 2S1/2 


2. Calculate GST for B atom
   Electronic configuration = 1S2 ,2S2P1


       
  +1    0     -1   

                so
                        S =  +1/2  ,  2S+1 = 2
                        L = 1   i.e. state = P
                     J = L - S = 1-1/2  = 1/2 ( इलेक्ट्रान हाफ फील्ड से कम)
            so GST for B atom = 2P1/2

  


Determination of Total No. of Energy level

कुल उर्जा स्तर की संख्या ज्ञात करने के लिए-
 2S+1L = Σ(2S+1)(2L+1)

उदहारण:-
   3F term में कुल energy level की संख्या
दिया है
2S+1 = 3
F term = 3, अर्थात L = 3
फार्मूला से

Σ(3)(2×3+1) = 21




Practice Exercise

1. The term symbol for ground state of  nitrogen atom is
           a.    2P1/2
           b.    4P3/2
          c.    3P0
          d.    4S3/2

2. The Mulliken symbol for the spectroscopic states arising from the free ion term F are

           a.    T1g+T2g+A2g
           b.    T1g+T2g+A1g
           c.    T1g+T2g+T1u
           d.   T2g+Eg
3. The term symbol that is NOT allowed   for np2 configuration is
          a.    1D
           b.    3P
          c.     1S
          d.    3D
4. The possible J values for 3D term symbol are
        a. 2
        b. 3
        c. 4
        d. 5
5. The lowest energy state of the 1S2 2S1 3S1 configuration of Be
     is
          a.    1S0
           b.    1D2
          c.    3S1

          d.    3P1






2 comments:

  1. L-S युग्मन से आप क्या समझते हैं? उदाहरण सहित समझाइए

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