Понятие об энергитических уровнях молекул, спектры молекул

Подобно атому молекула, как микроскопическая система подчиняется квантовым законам и обладает совокупностью стационарных состояний с набором дискретных уровней энергий. Схема уровней энергии молекулы более сложная, чем у атома, так как внутреннее движение молекулы разнообразнее. Наряду с электронным движением наблюдаются колебательные и вращательные движения самих молекул. С этими видами движения связаны запасы колебательной и вращательной энергии, которые должны быть учтены в общем балансе. Введем обозначения:

- энергия, обусловленная электронной конфигурацией (электронная конфигурация);

- энергия, соответствующая колебаниям молекулы (колебательная или вращательная энергия);

- энергия, связанная с вращением молекулы (вращательная или ротационная энергия).

Движение электронов, колебание и вращение молекулы можно считать независимыми друг от друга. Тогда полная энергия

.

Энергия колебательного движения молекулы

, ,

где - колебательное квантовое число, .

Вращательная энергия молекулы

,

где - момент импульса системы.

, К= 0, 1, 2,…. – вращательное квантовое число.

I – момент инерции молекулы, относительно оси, проходящей через центр инерции. - правило отбора.

Тогда полная энергия имеет вид:

- электронная энергия.

Опыт показывает, что расстояние между энергетическими уровнями в молекуле связаны следующим образом:

.

Исходя из вышеизложенного, спектры молекул имеют характер полос, поэтому носят название полосатых спектров. В зависимости от того, изменение каких видов энергии обуславливает испускание молекулой фотона, различают 3 вида полос: 1) вращательные; 2) колебательно-вращательные; 3) электронно-колебательные.

Спектр электронно-колебательного типа. Наличие с одной стороны явно выраженного канта, другая сторона размыта.Вращательные полосы – образуются за счет изменения . Спектр состоит из ряда равностоящих линий, расположенных в очень далекой инфракрасной области.

Колебательно-вращательные полосы – образуются за счет изменения .

Спектр состоит из совокупности симметричных относительно линий, состоящих друг от друга на .

Литература

[1], глава V, § 29 ¸ 30; 36 ¸ 30; 39 ¸ 40.

[2], глава 26, § 226 ¸ 228; 230 ¸ 231.

Лекция № 6