Спектры молекул

В то время как спектры излучения атомов состоят из отдельных линий, молекулярные спектры при наблюдении их в прибор средней разрешающей способности представляются состоящими из полос – полосатый спектр.

При более тщательном изучении спектров с помощью приборов высокой разрешающей силы выяснилось, что каждая полоса, в свою очередь, состоит из большого числа близко расположенных линий. Эта особенность молекулярных спектров объясняется наличием различных компонент в энергии молекул.

Атомы в молекуле имеют свои электронные состояния, отличающиеся от тех, что были в изолированных атомах. Изменение энергии молекулы происходит в результате изменений в электронной конфигурации, образующей периферическую часть молекулы. Однако ядра молекул могут различным образом колебаться и вращаться относительно общего центра инерции. С этими видами движения связаны запасы колебательной и вращательной энергии.

В первом приближении полная энергия молекулы может быть представлена в виде:

,

где- энергия, обусловленная электронной конфигурацией, - энергия колебаний молекулы (вибрационная энергия), - энергия вращательного движения (ротационная энергия).

Колебания одного ядра происходят в поле, образованном другим ядром молекулы.

Потенциальный профиль, характеризующий это взаимодействие, имеет вид ассиметричной потенциальной ямы. Аппроксимируя потенциальную яму в области минимума параболой (приближение гармонического осциллятора), можем записать

,

где - колебательное квантовое число, - классическая частота осциллятора.

Для колебательного квантового числа имеется правило отбора . Ангармоничность, наступающая при увеличении интенсивности колебаний, ведет к тому, что с ростом квантового числа уровни энергии перестают равноотстоять друг от друга. Происходит сгущение энергетических уровней при . Этими эффектами в приближении малых квантовых чисел можно пренебречь. Однако учет ангармоничности колебательного движения в двухатомных молекулах приводит к приближенному выражению для колебательной энергии

,

где - коэффициент ангармоничности.

Энергия, связанная с вращением молекулы, определяется формулой:

,

где - момент инерции молекулы, - момент импульса молекулы. Но момент импульса может быть записан в виде

,

где - вращательное квантовое число.

Таким образом,

.

Соответствующее правило отбора .

Дата добавления: 2014-01-06