¿Por qué los estados multiplete son diferentes de los estados singlete?

Primero el proceso experimental, luego la teoría ~

El proceso experimental. Si tiene una sustancia relativamente pura, puede determinar los niveles de energía del sistema electrónico mediante espectroscopía. Básicamente, brillas luz sobre él, y el sistema absorberá luz si la energía de esa luz coincide con la diferencia entre dos estados energéticos permitidos. (Es el “cuántico” en QM que dice que ciertos estados energéticos están permitidos, y que otros están prohibidos). Usted encuentra que la sustancia absorbe la luz con energía X. Hasta ahora todo bien.

Luego, coloca la sustancia debajo de un campo magnético y observa que la sustancia ya no absorbe luz con energía X. Sin embargo, observa que ahora absorbe luz con energía X + [matemáticas] \ delta [/ matemáticas] y con energía X- [ matemáticas] \ delta [/ matemáticas]. Te has encontrado un doblete: lo que era una absorción ahora se ha ‘dividido’ en dos. Un triplete se habría dividido en tres absorciones, etc.

Ahora la teoría (muy aproximada). Los electrones son partículas con ‘giro’ y tienen un momento magnético. Se puede decir mucho sobre lo que esto significa, pero para comprender los estados de multipletes, es suficiente pensar en ellos como pequeños imanes que pueden estar ‘arriba’ ([matemáticas] \ uparrow [/ matemáticas]) o ‘abajo’ ( [matemáticas] \ downarrow [/ matemáticas]). Cuando introduce un campo magnético a un electrón solitario, ese electrón estará alineado con el campo magnético o anti-alineado con el campo magnético. Esta es la clave para entender la división. Antes de introducir un campo magnético, al electrón no le importaba si estaba girando hacia arriba o hacia abajo, ambos estados eran energéticamente idénticos (“degenerados”). A pesar de dos posibles estados del sistema, solo verá una absorción. Cuando introduce el campo magnético, las dos ‘orientaciones’ de giro ahora se distinguen. Si el electrón está alineado con el campo magnético, absorberá la luz con energía X + [matemática] \ delta [/ matemática], y si está anti-alineada con el campo magnético, absorberá la luz con energía X- [matemática] \ delta [/ matemáticas]. Los dos estados tienen diferentes absorciones, y verás un doblete.

Por lo general, a los electrones les gusta “emparejarse” con otro electrón del espín opuesto ([math] \ uparrow [/ math] [math] \ downarrow [/ math]), en cuyo caso no verá ninguna división. Sin embargo, si tiene un sistema electrónico con un solo electrón no apareado, verá un doblete por la razón indicada anteriormente. Si tiene un sistema con dos electrones no apareados, verá un triplete (piense: [matemática] \ uparrow [/ matemática] [matemática] \ uparrow, [/ matemática] [matemática] \ uparrow [/ matemática] [matemática] \ downarrow [/ math] = [math] \ downarrow [/ math] [math] \ uparrow, [/ math] [math] \ downarrow [/ math] [math] \ downarrow [/ math]). Y así sucesivamente con estados múltiples más altos.

La multiplicidad de un estado se calcula a partir del giro total de los electrones no apareados. Es dado por

Multiplicidad = 2S + 1, donde S = giro total de los electrones no apareados

Entonces, si hay un electrón no apareado, entonces S = 1/2 y Multiplicidad = 2 * 1/2 + 1 = 2 es decir, doblete.

Si hay dos electrones no apareados (con el mismo giro, ambos hacia arriba o hacia abajo), entonces S = 1/2 + 1/2 = 1 y la multiplicidad será 2 * 1 + 1 = 3

Si no hay un electrón no apareado, entonces S = 0 y multiplicidad = 2 * 0 + 1 = 1, es decir, singlete.

Entonces, singlete significa que el sistema no tiene electrones no apareados (todos los electrones están emparejados) y cualquier otra multiplicidad significa que el sistema tiene electrones no apareados.

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