Энергетические уровни молекул. Спектры излучения

Оптические спектры излучения усложняются при объединении атомов в молекулы, то есть изменяется положение энергетических уровней. Связано это с расщеплением энергетических уровней электронов на ряд компонент. Такое расщепление понятно с квантовомеханической точки зрения, так как ядра атомов, образующие молекулы, могут различным образом колебаться и вращаться относительно общего центра масс. В первом приближении будем считать отдельные виды молекулярного движения независимыми. Тогда общая энергия E:

, (8.10)

где — соответственно электронная, колебательная и вращательная энергия системы (пренебрегаем кинетической энергией поступательного движения молекул, так как она не проявляется в спектрах излучения).

Согласно нашим предыдущим рассмотрениям энергия квантового гармонического осциллятора квантуется, то есть

, (8.11)

где ν = 0, 1, 2,....

При больших ν колебания в молекулах будут негармоническими, формула (8.11) нарушается.

Рассмотрим теперь вращательную энергию молекулы:

, (8.12)

где L и — соответственно момент импульса и инерции системы. С учётом квантования момента импульса (j - квантовое число момента импульса, j = 0, 1, 2,....) имеем

, (8.13)

где и т.д.

Общая схема расщепления энергетических уровней молекул показана на рис.8.4. Создание новых энергетических уровней приводит к появлению дополнительных линий в спектрах поглощения и излучения молекул в сравнении с атомами. Вращательная и колебательная составляющая спектра наблюдается в далекой ИК-области и на границе ИК-области и диапазона коротких радиоволн. Наблюдаемые электронные переходы подчиняются правилу отбора: . Полученные результаты показывают также, что с увеличением температуры молекулярного газа его теплоемкость должна меняться скачкообразным образом. Как увидим на практических занятиях, при этом снимаются основные противоречия классической теории теплоемкости различных систем.

Поиск по сайту: