Молекулы. Энергия молекул. Молекулярные спектры

Молекула — частица, образованная двумя или большим количеством атомов, характеризующаяся определённым количеством входящих в неё атомных ядер и электронов, а также определённой структурой.

Энергия свободной молекулы состоит из энергии поступательного движения молекулы как единого целого, энергии колебания атомов внутри молекулы, энергии вращения целой молекулы и ее частей относительно друг друга, энергии электронного возбуждения молекулы (энергия движения электронов в молекуле) и внутриядерной энергии:

Е=Епост +Евр+Екол +Еэл +Еяд.

Молекулярные спектры - спектры испускания и поглощения электромагнитного излучения и комбинацию рассеяния света, принадлежащие свободным или слабо связанным молекулам. Имеют вид совокупности полос (линий) в рентгеновской, УФ - видимой, ИК и радиоволновой областях спектра. Положение полос (линий) в спектрах испускания и поглощения характеризуется частотами v и волновыми числами υ; оно определяется разностью энергий Е' и Е: тех состояний молекулы, между которыми происходит квантовый переход:

30.ВРАЩАТЕЛЬНЫЕ СПЕКТРЫ

молекулярные спектры, обусловленные квантовыми переходами между дискретными вращат. энергетич. состояниями молекул. Наряду с колебательными спектрами и электронными спектрами возникают в результате взаимод. молекул с электромагн. излучением. B.C. экспериментально наблюдаются для достаточно легких молекул в-в в газовой фазе в длинноволновом ИК и микроволновом диапазонах, а также методом спектроскопии комбинац. рассеяния (КР). Т. наз. чисто вращательные спектры связаны с вращат. переходами между уровнями Е' _вр и Е " _вр при фиксированных электронном и колебат. состояниях молекулы. Они характеризуются частотами v = (Е' _вр Ч Е " _вр )/h в диапазоне 10⁴-10⁶ МГц или волновыми числами = v/c, соотв. от единиц до сотен см ^-1 (h- постоянная Планка, с - скорость света). Чисто вращат. спектры КР наблюдаются при облучении молекул видимым или УФ-излучением с частотой v₀; соответствующие разности волновых чисел , отсчитываемые от линии рэлеевского рассеяния, имеют те же значения, что и волновые числа в чисто вращат. спектрах ИК и микроволнового диапазонов. При изменении электронного и колебат. состояний молекул всегда меняются и вращат. состояния, что приводит к появлению т. наз. вращательной структуры электронных и колебат. спектров в УФ-, ИК-областях и в колебательно-вращат. спектрах КР.

Для приближенного описания вращат. движения молекулы можно принять модель жестко связанных точечных масс, т. е. атомных ядер, размеры к-рых ничтожно малы по сравнению с самой молекулой. Массой электронов можно пренебречь. В классич. механике вращение жесткого тела характеризуется главными моментами инерции I _А, I_B, I_Cотносительно трех взаимно перпендикулярных главных осей, пересекающихся в центре масс. Каждый момент инерции где m_i -точечная масса, r_i -ее расстояние от оси вращения.

Полный момент кол-ва движения G связан с проекциями момента на главные оси соотношением:

Энергия вращения Е _вр, являющаяся кинетич. энергией (Т _вр ), в общем случае выражается через проекции полного момента кол-ва движения и главные моменты инерции соотношением:

Согласно квантовомех. представлениям, момент кол-ва движения молекулы может принимать только определенные дискретные значения. Условия квантования имеют вид:

где G_z - проекция момента на нек-рую выделенную ось z; J = 0, 1, 2, 3,... - вращат. квантовое число; К - квантовое число, принимающее при каждом J(2J + 1) значений: 0,…

Дата добавления: 2015-04-24