ลักษณะทั่วไปของสเปกตรัมโมเลกุล Molecular spectra สเปกตรัมโมเลกุลคือ

ข้อกำหนดเฉพาะระดับโมเลกุลสเปกตรัมการปล่อยและการดูดกลืนของแม่เหล็กไฟฟ้า การฉายรังสีและการรวมกัน การกระเจิงของแสงเป็นของโมเลกุลอิสระหรือมีพันธะที่อ่อนแอ พวกมันดูเหมือนชุดของแถบ (เส้น) ในบริเวณ X-ray, UV, ที่มองเห็นได้, IR และคลื่นวิทยุ (รวมถึงไมโครเวฟ) ของสเปกตรัม ตำแหน่งของแถบ (เส้น) ในการแผ่รังสี (สเปกตรัมการปล่อยโมเลกุล) และสเปกตรัมการดูดกลืน (สเปกตรัมการดูดกลืนโมเลกุล) มีลักษณะความถี่ v (ความยาวคลื่น l \u003d c / v โดยที่ c คือความเร็วของแสง) และจำนวนคลื่น \u003d 1 / l; มันถูกกำหนดโดยความแตกต่างระหว่างพลังงาน E "และ E: สถานะเหล่านั้นของโมเลกุลที่เกิดการเปลี่ยนแปลงทางควอนตัม:

(h คือค่าคงที่ของพลังค์) ด้วยการผสมผสาน การกระจัดกระจายค่าของ hv เท่ากับผลต่างระหว่างพลังงานของเหตุการณ์และโฟตอนที่กระจัดกระจาย ความเข้มของแถบ (เส้น) สัมพันธ์กับจำนวน (ความเข้มข้น) ของโมเลกุลประเภทที่กำหนดจำนวนประชากรของระดับพลังงาน E "และ E: และความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกัน

ความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนผ่านที่มีการแผ่รังสีหรือการดูดกลืนรังสีจะพิจารณาจากกำลังสองของอิเลคตรอนองค์ประกอบเมทริกซ์ โมเมนต์ไดโพลของการเปลี่ยนแปลงและด้วยการพิจารณาที่แม่นยำยิ่งขึ้น - และกำลังสองขององค์ประกอบเมทริกซ์ และไฟฟ้า โมเมนต์กำลังสองของโมเลกุล (ดูการเปลี่ยนควอนตัม) ด้วยการผสมผสาน ในการกระเจิงของแสงความน่าจะเป็นในการเปลี่ยนจะสัมพันธ์กับองค์ประกอบเมทริกซ์ของโมเมนต์ไดโพลที่เหนี่ยวนำ (เหนี่ยวนำ) ของการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลนั่นคือ ด้วยองค์ประกอบเมทริกซ์ของโมเลกุลโพลาไรซ์

สถานะของท่าเรือ ระบบการเปลี่ยนระหว่างที่แสดงออกมาในรูปของสเปกตรัมโมเลกุลบางชนิดมีลักษณะที่แตกต่างกันและมีพลังงานแตกต่างกันอย่างมาก ระดับพลังงานของบางประเภทจะอยู่ห่างจากกันดังนั้นในระหว่างการเปลี่ยนแปลงโมเลกุลจะดูดซับหรือปล่อยรังสีความถี่สูงออกมา ระยะห่างระหว่างระดับของธรรมชาติอื่นมีขนาดเล็กและในบางกรณีหากไม่มีภายนอก เขตข้อมูลระดับผสาน (เสื่อม) ที่ความแตกต่างของพลังงานเล็กน้อยการเปลี่ยนจะสังเกตได้ในพื้นที่ความถี่ต่ำ ตัวอย่างเช่นนิวเคลียสของอะตอมขององค์ประกอบบางอย่างมีในตัวเอง แม็กซ์ โมเมนต์และไฟฟ้า โมเมนต์กำลังสองที่เกี่ยวข้องกับการหมุน อิเล็กตรอนยังมีแม็ก ช่วงเวลาที่เกี่ยวข้องกับการหมุนของพวกเขา ในกรณีที่ไม่มี ext. แม็กซ์ฟิลด์ปฐมนิเทศ ช่วงเวลานั้นเป็นไปตามอำเภอใจเช่น พวกมันไม่ได้วัดปริมาณและพลังที่สอดคล้องกัน รัฐกำลังเสื่อมโทรม เมื่อวางซ้อน ext. แม็กซ์ถาวร สนามความเสื่อมจะถูกยกขึ้นและการเปลี่ยนระดับพลังงานที่สังเกตได้ในย่านความถี่วิทยุของสเปกตรัมเป็นไปได้ นี่คือวิธีที่สเปกตรัมของ NMR และ EPR เกิดขึ้น (ดูการสั่นพ้องของแม่เหล็กนิวเคลียร์การสั่นพ้องพาราแมกเนติกของอิเล็กตรอน)

การแจกแจงแบบจลน์ พลังงานของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากท่าเรือ ระบบอันเป็นผลมาจากการสัมผัสกับรังสีเอกซ์หรือรังสียูวีอย่างหนักทำให้ X-rayสเปกโทรสโกปีและโฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี เพิ่มเติม กระบวนการในท่าเรือ ระบบที่เกิดจากการกระตุ้นครั้งแรกนำไปสู่การปรากฏตัวของสเปกตรัมอื่น ๆ ดังนั้น Auger spectra จึงเกิดขึ้นจากการผ่อนคลาย การจับอิเล็กตรอนจากส่วนต่อขยาย เปลือก k.-l. อะตอมบน int ว่าง เปลือกและพลังงานที่ปล่อยออกมาจะเปลี่ยนไป ในการเคลื่อนไหว พลังงานของอิเล็กตรอนอื่นต่อ เปลือกที่ปล่อยออกมาจากอะตอม ในกรณีนี้การเปลี่ยนแปลงทางควอนตัมเกิดขึ้นจากสถานะหนึ่งของโมเลกุลที่เป็นกลางไปเป็นสถานะของท่าเรือ ไอออน (ดู Auger spectroscopy)

ตามเนื้อผ้าเฉพาะสเปกตรัมที่เกี่ยวข้องกับสเปกตรัมแสงเท่านั้นที่เรียกว่าสเปกตรัมโมเลกุลที่เหมาะสม การเปลี่ยนระหว่างอิเล็กตรอน - การสั่นสะเทือน - หมุนระดับพลังงานของโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับพื้นฐานสามประการ ประเภทของพลัง ระดับของโมเลกุล - E el อิเล็กทรอนิกส์จำนวน E ที่สั่นสะเทือนและ E vr แบบหมุนซึ่งสอดคล้องกับภายในสามประเภท การเคลื่อนไหวในโมเลกุล พลังงานของการกำหนดค่าสมดุลของโมเลกุลในสถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่กำหนดจะถูกนำมาเป็น E el ชุดของสถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นไปได้ของโมเลกุลถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของเปลือกอิเล็กตรอนและสมมาตร การสั่น การเคลื่อนที่ของนิวเคลียสในโมเลกุลที่สัมพันธ์กับตำแหน่งสมดุลของพวกมันในสถานะอิเล็กทรอนิกส์แต่ละครั้งจะถูกวัดปริมาณเพื่อให้หลาย ๆ ตัวสั่นสะเทือน องศาแห่งอิสระเกิดระบบการสั่นสะเทือนที่ซับซ้อน ระดับพลังงาน E นับ การหมุนของโมเลกุลโดยรวมเป็นระบบแข็งของนิวเคลียสที่ถูกผูกไว้นั้นมีลักษณะการหมุน โมเมนต์ของการนับการเคลื่อนไหว to-ry เป็นเชิงปริมาณการหมุน สถานะ (ระดับพลังงานการหมุน) เวลา E โดยปกติแล้วพลังงานของการเปลี่ยนทางอิเล็กทรอนิกส์จะมีลำดับหลายอย่าง eV, การสั่นสะเทือน -10-2 ... 10 -1 eV, การหมุน -10-5 ... 10 -3 eV

ขึ้นอยู่กับระดับพลังงานที่มีการเปลี่ยนแปลงด้วยการปล่อยการดูดซึมหรือการผสมผสาน กระจัดกระจายแม่เหล็กไฟฟ้า รังสี - อิเล็กทรอนิกส์สั่นสะเทือน หรือหมุนแยกอิเล็กทรอนิกส์สั่น และสเปกตรัมโมเลกุลแบบหมุน บทความอิเล็กทรอนิกส์สเปกตรัมสเปกตรัมการสั่นสะเทือนสเปกตรัมการหมุนให้ข้อมูลเกี่ยวกับสถานะที่สอดคล้องกันของโมเลกุลกฎการเลือกสำหรับการเปลี่ยนควอนตัมวิธีการโมล สเปกโทรสโกปีตลอดจนลักษณะของโมเลกุลม. ข. ได้รับจากสเปกตรัมของโมเลกุล: เกาะศักดิ์สิทธิ์และสมมาตรของสถานะอิเล็กทรอนิกส์สั่นสะเทือน ค่าคงที่, พลังงานการแยกส่วน, สมมาตรของโมเลกุล, หมุน ค่าคงที่ช่วงเวลาแห่งความเฉื่อย geom พารามิเตอร์ไฟฟ้า ช่วงเวลาไดโพลข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างและภายใน สนามพลัง ฯลฯ สเปกตรัมการดูดกลืนและการเรืองแสงแบบอิเล็กทรอนิกส์ในบริเวณที่มองเห็นได้และ UV จะให้ข้อมูลเกี่ยวกับการกระจาย

1. ตรงกันข้ามกับสเปกตรัมของเส้นแสงที่มีความซับซ้อนและความหลากหลายสเปกตรัมลักษณะเอกซเรย์ขององค์ประกอบต่างๆนั้นเรียบง่ายและสม่ำเสมอ ด้วยการเติบโตของเลขอะตอม Z องค์ประกอบพวกมันถูกเปลี่ยนไปทางด้านคลื่นสั้นอย่างจำเจ

2. สเปกตรัมลักษณะขององค์ประกอบที่แตกต่างกันมีลักษณะคล้ายกัน (ชนิดเดียวกัน) และจะไม่เปลี่ยนแปลงหากองค์ประกอบที่เราสนใจร่วมกับผู้อื่น สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ก็ต่อเมื่อสเปกตรัมลักษณะปรากฏขึ้นระหว่างการเปลี่ยนอิเล็กตรอนไปเป็น ชิ้นส่วนภายในอะตอมชิ้นส่วนที่มีโครงสร้างคล้ายกัน

3. สเปกตรัมลักษณะประกอบด้วยหลายชุด: ถึง,ล, ม, ...แต่ละชุดประกอบด้วยบรรทัดเล็ก ๆ : ถึง และ , เค β , เค γ , ... ล ก , ล β , ล ย , ... เป็นต้นตามลำดับความยาวคลื่นจากมากไปน้อย λ .

การวิเคราะห์สเปกตรัมลักษณะเฉพาะทำให้เกิดความเข้าใจว่าระบบของเงื่อนไข X-ray มีอยู่ในอะตอม ถึง,ล, ม, ...(รูปที่ 13.6) รูปเดียวกันนี้แสดงแผนภาพลักษณะของสเปกตรัมลักษณะเฉพาะ การกระตุ้นของอะตอมเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนภายในตัวใดตัวหนึ่งถูกกำจัดออกไป (ภายใต้การกระทำของอิเล็กตรอนหรือโฟตอนที่มีพลังงานสูงเพียงพอ) ถ้าหนึ่งในสองอิเล็กตรอนหนี เค- ระดับ (n \u003d 1) จากนั้นสถานที่ว่างสามารถถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนจากระดับที่สูงกว่า: ล, ม, น, และอื่น ๆ ด้วยเหตุนี้ เค-ชุด. ซีรี่ส์อื่น ๆ เกิดขึ้นในลักษณะเดียวกัน: ล, ม,...

ชุด ถึง,ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 13.6 มันมาพร้อมกับการปรากฏตัวของอนุกรมที่เหลืออย่างแน่นอนเนื่องจากเมื่อสายของมันถูกปล่อยออกมาอิเล็กตรอนจะถูกปล่อยในระดับ ล, มและอื่น ๆ ซึ่งจะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนจากระดับที่สูงขึ้น

สเปกตรัมโมเลกุล ประเภทของพันธะในโมเลกุลพลังงานของโมเลกุลพลังงานของการสั่นสะเทือนและการเคลื่อนที่แบบหมุน

สเปกตรัมโมเลกุล

สเปกตรัมของโมเลกุลคือการแผ่รังสีด้วยแสงและสเปกตรัมการดูดกลืนเช่นเดียวกับการกระเจิงของแสงแบบรามาน แสงรามัญกระเจิง), เป็นเจ้าของโดยอิสระหรือคู่กันอย่างหลวม ๆ โมเลกุลม. มีโครงสร้างที่ซับซ้อน ทั่วไป M. s. - ลายจะสังเกตได้ในการปล่อยและการดูดซับและในรามานกระจัดกระจายในรูปแบบของแถบแคบมากขึ้นหรือน้อยลงในบริเวณอัลตราไวโอเลตที่มองเห็นได้และใกล้อินฟราเรดซึ่งสลายตัวด้วยพลังการแก้ไขที่เพียงพอของเครื่องมือสเปกตรัมที่ใช้เป็นชุดของเส้นที่เว้นระยะห่าง โครงสร้างเฉพาะของ M. s. มีความแตกต่างกันสำหรับโมเลกุลที่แตกต่างกันและโดยทั่วไปแล้วจะมีความซับซ้อนมากขึ้นเมื่อมีจำนวนอะตอมในโมเลกุลเพิ่มขึ้น สำหรับโมเลกุลที่มีความซับซ้อนสูงสเปกตรัมที่มองเห็นได้และอัลตราไวโอเลตประกอบด้วยแถบต่อเนื่องกว้าง ๆ สองสามแถบ สเปกตรัมของโมเลกุลดังกล่าวมีความคล้ายคลึงกัน

จากการแก้สมการชเรอดิงเงอร์สำหรับโมเลกุลไฮโดรเจนภายใต้สมมติฐานข้างต้นจะได้การพึ่งพาค่าลักษณะเฉพาะของพลังงานกับระยะทาง ร ระหว่างคอร์เช่น E \u003dจ(ร).

พลังงานโมเลกุล

ที่ไหน จ เอล - พลังงานของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่สัมพันธ์กับนิวเคลียส จ นับ - พลังงานของการสั่นของนิวเคลียส (อันเป็นผลมาจากการที่ตำแหน่งสัมพัทธ์ของนิวเคลียสเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ ๆ ) จ การหมุน - พลังงานของการหมุนของนิวเคลียส (ซึ่งเป็นผลมาจากการวางแนวของโมเลกุลในอวกาศเป็นระยะ ๆ )

สูตร (13.45) ไม่ได้คำนึงถึงพลังงานของการเคลื่อนที่เชิงแปลของศูนย์กลางมวลของโมเลกุลและพลังงานของนิวเคลียสอะตอมในโมเลกุล ประการแรกไม่ได้วัดปริมาณดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของมันจึงไม่สามารถนำไปสู่การปรากฏตัวของสเปกตรัมของโมเลกุลและประการที่สองสามารถละเว้นได้หากไม่พิจารณาโครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์ของเส้นสเปกตรัม

ได้รับการพิสูจน์แล้วว่า จ อีเมล์ \u003e\u003e จ นับ \u003e\u003e จ หมุนในขณะที่ จ el ≈ 1 - 10 eV พลังงานแต่ละอย่างที่รวมอยู่ในนิพจน์ (13.45) ได้รับการวัดปริมาณและชุดของระดับพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องจะสอดคล้องกัน ในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะพลังงานหนึ่งไปเป็นอีกสถานะหนึ่งพลังงานจะถูกดูดซับหรือปล่อยออกมาΔ จ = ฮ... เป็นไปตามทฤษฎีและการทดลองที่ระยะห่างระหว่างระดับพลังงานหมุน จ การหมุนน้อยกว่าระยะห่างระหว่างระดับการสั่นสะเทือนΔมาก จ นับซึ่งจะน้อยกว่าระยะห่างระหว่างระดับอิเล็กทรอนิกส์Δ จ อีเมล์

โครงสร้างของโมเลกุลและคุณสมบัติของระดับพลังงานเป็นที่ประจักษ์ใน สเปกตรัมโมเลกุล - สเปกตรัมการปล่อย (การดูดซึม) ที่เกิดจากการเปลี่ยนควอนตัมระหว่างระดับพลังงานของโมเลกุล สเปกตรัมการแผ่รังสีของโมเลกุลถูกกำหนดโดยโครงสร้างของระดับพลังงานและกฎการเลือกที่เกี่ยวข้อง (ตัวอย่างเช่นการเปลี่ยนแปลงของตัวเลขควอนตัมที่สอดคล้องกับการเคลื่อนที่แบบสั่นและการหมุนควรเท่ากับ± 1) การเปลี่ยนระดับที่แตกต่างกันทำให้เกิดสเปกตรัมโมเลกุลประเภทต่างๆ ความถี่ของเส้นสเปกตรัมที่ปล่อยออกมาจากโมเลกุลสามารถสอดคล้องกับการเปลี่ยนจากระดับอิเล็กทรอนิกส์หนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่ง ( สเปกตรัมอิเล็กทรอนิกส์ ) หรือจากระดับการสั่น (การหมุน) หนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่ง [ สเปกตรัมการสั่นสะเทือน (หมุน) ].

นอกจากนี้ยังสามารถเปลี่ยนการเปลี่ยนที่มีค่าเดียวกันได้อีกด้วย จ นับ และ จ หมุน ไปยังระดับที่มีค่าอื่น ๆ สำหรับทั้งสามองค์ประกอบส่งผลให้ การสั่นสะเทือนแบบอิเล็กทรอนิกส์ และ สเปกตรัมการสั่นสะเทือนและการหมุน ... ดังนั้นสเปกตรัมของโมเลกุลจึงค่อนข้างซับซ้อน

โมเลกุลทั่วไป สเปกตรัม - ลาย คือการรวมกันของแถบแคบมากหรือน้อยในบริเวณอัลตราไวโอเลตที่มองเห็นได้และอินฟราเรด ด้วยการใช้เครื่องมือสเปกตรัมที่มีความละเอียดสูงจะเห็นได้ว่าแถบนั้นมีระยะห่างกันมากจนยากที่จะแก้ไข

โครงสร้างของสเปกตรัมของโมเลกุลแตกต่างกันไปสำหรับโมเลกุลที่แตกต่างกันและมีความซับซ้อนมากขึ้นเมื่อจำนวนอะตอมในโมเลกุลเพิ่มขึ้น (สังเกตเฉพาะแถบกว้างที่ต่อเนื่องกันเท่านั้น) โมเลกุลโพลีอะตอมเท่านั้นที่มีสเปกตรัมการสั่นสะเทือนและการหมุนขณะที่ไดอะตอมมิคไม่มี สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุลไดอะตอมไม่มีโมเมนต์ไดโพล (ในระหว่างการเปลี่ยนการสั่นสะเทือนและการหมุนจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงโมเมนต์ไดโพลซึ่งเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างจากศูนย์)

สเปกตรัมของโมเลกุลใช้เพื่อศึกษาโครงสร้างและคุณสมบัติของโมเลกุลใช้ในการวิเคราะห์สเปกตรัมของโมเลกุลเลเซอร์สเปกโทรสโกปีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควอนตัม ฯลฯ

ประเภทของ BONDS ในโมเลกุล พันธะเคมี - ปรากฏการณ์ของการโต้ตอบ อะตอมทับซ้อนกัน เมฆอิเล็กทรอนิกส์ อนุภาคที่มีผลผูกพันซึ่งมาพร้อมกับการลดลง พลังงานเต็มที่ ระบบ พันธะไอออนิก - ทนทาน พันธะเคมีเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีความแตกต่างกันมาก อิเล็กโทรเนกาติวิตีซึ่งผลรวม คู่อิเล็กตรอน ส่งผ่านไปยังอะตอมโดยสมบูรณ์ด้วยอิเล็กโทรเนกาติวิตีที่มากกว่านี่คือแรงดึงดูดของไอออนเมื่อเทียบกับวัตถุที่มีประจุ อิเล็กโทรเนกาติวิตี (χ) - คุณสมบัติทางเคมีพื้นฐานของอะตอมลักษณะเชิงปริมาณของความสามารถ อะตอม ใน โมเลกุล แทนที่ คู่อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป. พันธะโควาเลนต์ (พันธะอะตอมพันธะโฮโมโพลาร์) - พันธะเคมีเกิดจากการทับซ้อน (การขัดเกลาทางสังคม) ของคู่ วาเลนซ์ เมฆอิเล็กทรอนิกส์... เรียกว่าเมฆอิเล็กทรอนิกส์ (อิเล็กตรอน) ที่ให้การสื่อสาร คู่อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป. พันธะไฮโดรเจน - การเชื่อมต่อระหว่าง อิเล็กโทรเนกาติวิตี อะตอมและไฮโดรเจน ซที่เกี่ยวข้อง โควาเลนต์ กับคนอื่น อิเล็กโทรเนกาติวิตี อะตอม. พันธะโลหะ - พันธะเคมีเนื่องจากการมีอยู่ค่อนข้างฟรี อิเล็กตรอน... โดยทั่วไปสำหรับทั้งสะอาด โลหะและพวกเขา โลหะผสม และ สารประกอบระหว่างโลหะ.

รามันแสงกระเจิง.

นี่คือการกระจัดกระจายของแสงด้วยสสารพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแสงที่กระจัดกระจายอย่างเห็นได้ชัด หากแหล่งกำเนิดปล่อยสเปกตรัมเส้นดังนั้นที่ K. p จาก. พบเส้นเพิ่มเติมในสเปกตรัมแสงที่กระจัดกระจายจำนวนและตำแหน่งที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างโมเลกุลของสาร เมื่อ K. p. จาก. การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์ส่องสว่างหลักมักมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลที่กระจายไปสู่ระดับการสั่นสะเทือนและการหมุนอื่น ๆ , ยิ่งไปกว่านั้นความถี่ของเส้นใหม่ในสเปกตรัมการกระเจิงคือการรวมกันของความถี่ของแสงตกกระทบและความถี่ของการเปลี่ยนการสั่นสะเทือนและการหมุนของโมเลกุลที่กระจัดกระจาย - ด้วยเหตุนี้ชื่อ "ถึง. ร. จาก.".

เพื่อสังเกตสเปกตรัมของ K. p. จาก. จำเป็นต้องให้ความสำคัญกับลำแสงที่เข้มข้นบนวัตถุที่กำลังศึกษา หลอดไฟปรอทมักใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่น่าตื่นเต้นและตั้งแต่ทศวรรษที่ 60 - เลเซอร์เรย์ แสงที่กระจัดกระจายจะถูกโฟกัสและเข้าสู่สเปกโตรกราฟซึ่งสเปกตรัมของ K. p จาก. บันทึกโดยวิธีการถ่ายภาพหรือโฟโตอิเล็กทริก

พันธะเคมีและโครงสร้างโมเลกุล

โมเลกุล - อนุภาคที่เล็กที่สุดของสารประกอบด้วยอะตอมเดียวกันหรือต่างกันที่เชื่อมต่อกัน พันธะเคมีและเป็นพาหะของคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพขั้นพื้นฐาน พันธะเคมีเกิดจากปฏิสัมพันธ์ของเวเลนซ์อิเล็กตรอนภายนอกของอะตอม ส่วนใหญ่พันธะในโมเลกุลมีสองประเภท: ไอออนิกและโควาเลนต์

พันธะไอออนิก (ตัวอย่างเช่นในโมเลกุล NaCl, KBr) ดำเนินการโดยปฏิสัมพันธ์ไฟฟ้าสถิตของอะตอมในระหว่างการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งนั่นคือ ด้วยการก่อตัวของไอออนบวกและลบ

พันธะโควาเลนต์ (ตัวอย่างเช่นในโมเลกุล H 2, C 2, CO) เกิดขึ้นเมื่อเวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกันโดยอะตอมใกล้เคียงสองอะตอม (การหมุนของเวเลนซ์อิเล็กตรอนจะต้องเป็นแบบคู่ขนานกัน) พันธะโควาเลนต์อธิบายโดยอาศัยหลักการของการแยกไม่ออกของอนุภาคที่เหมือนกันตัวอย่างเช่นอิเล็กตรอนในโมเลกุลไฮโดรเจน การแยกไม่ออกของอนุภาคนำไปสู่ แลกเปลี่ยนปฏิสัมพันธ์

โมเลกุลคือระบบควอนตัม มันอธิบายโดยสมการSchrödingerซึ่งคำนึงถึงการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในโมเลกุลการสั่นของอะตอมในโมเลกุลและการหมุนของโมเลกุล การแก้สมการนี้เป็นปัญหาที่ยากมากซึ่งโดยปกติจะแบ่งออกเป็นสองส่วน: สำหรับอิเล็กตรอนและนิวเคลียส พลังงานโมเลกุลที่แยกได้:

โดยที่พลังงานของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเทียบกับนิวเคลียสคือพลังงานของการสั่นของนิวเคลียส (อันเป็นผลมาจากการที่ตำแหน่งสัมพัทธ์ของนิวเคลียสเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ ๆ ) คือพลังงานของการหมุนของนิวเคลียส (อันเป็นผลมาจากการวางแนวของโมเลกุลในอวกาศเป็นระยะ ๆ ) สูตร (13.1) ไม่ได้คำนึงถึงพลังงานของการเคลื่อนที่เชิงแปลของศูนย์กลางมวลของโมเลกุลและพลังงานของนิวเคลียสของอะตอมในโมเลกุล กลุ่มแรกไม่ได้วัดปริมาณดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของมันจึงไม่สามารถนำไปสู่การปรากฏตัวของสเปกตรัมโมเลกุลได้และอย่างที่สองสามารถละเว้นได้หากไม่พิจารณาโครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์ของเส้นสเปกตรัม ได้รับการพิสูจน์แล้วว่า eV eV, eV ดังนั้น \u003e\u003e\u003e\u003e

พลังงานแต่ละอย่างที่รวมอยู่ในนิพจน์ (13.1) เป็นเชิงปริมาณ (ชุดของระดับพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องสอดคล้องกัน) และถูกกำหนดโดยตัวเลขควอนตัม ในการเปลี่ยนจากสถานะพลังงานหนึ่งไปเป็นอีกสถานะหนึ่งพลังงาน D จะถูกดูดซับหรือปล่อยออกมา E \u003d hv.ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวพลังงานของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนพลังงานของการสั่นและการหมุนจะเปลี่ยนไปพร้อมกัน จากทฤษฎีและการทดลองพบว่าระยะห่างระหว่างระดับพลังงานการหมุน D นั้นน้อยกว่าระยะห่างระหว่างระดับการสั่นสะเทือน D มากซึ่งในทางกลับกันจะน้อยกว่าระยะห่างระหว่างระดับอิเล็กทรอนิกส์ D รูปที่ 13.1 แผนผังแสดงระดับพลังงานของโมเลกุลไดอะตอม (ตัวอย่างเช่นมีการพิจารณาระดับอิเล็กทรอนิกส์เพียงสองระดับเท่านั้น - แสดงเป็นเส้นหนา)

โครงสร้างของโมเลกุลและคุณสมบัติของระดับพลังงานเป็นที่ประจักษ์ใน สเปกตรัมโมเลกุล– สเปกตรัมการปล่อย (การดูดซึม) ที่เกิดจากการเปลี่ยนควอนตัมระหว่างระดับพลังงานของโมเลกุล สเปกตรัมการแผ่รังสีของโมเลกุลถูกกำหนดโดยโครงสร้างของระดับพลังงานและกฎการเลือกที่เกี่ยวข้อง

ดังนั้นสำหรับการเปลี่ยนประเภทต่างๆระหว่างระดับจึงเกิดสเปกตรัมโมเลกุลประเภทต่างๆ ความถี่ของเส้นสเปกตรัมที่ปล่อยออกมาจากโมเลกุลสามารถสอดคล้องกับการเปลี่ยนจากระดับอิเล็กทรอนิกส์หนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่ง (สเปกตรัมอิเล็กทรอนิกส์) หรือจากระดับการสั่นสะเทือน (การหมุน) หนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่ง ( สเปกตรัมการสั่นสะเทือน (หมุน)นอกจากนี้ยังสามารถเปลี่ยนการเปลี่ยนที่มีค่าเดียวกันได้อีกด้วย และ ไปยังระดับที่มีค่าอื่น ๆ สำหรับทั้งสามองค์ประกอบส่งผลให้ สเปกตรัมการสั่นสะเทือนและการสั่นสะเทือนแบบอิเล็กทรอนิกส์.

สเปกตรัมของโมเลกุลโดยทั่วไปมีลายซึ่งแสดงถึงกลุ่มของแถบแคบมากหรือน้อยในบริเวณอัลตราไวโอเลตที่มองเห็นได้และอินฟราเรด

ด้วยการใช้เครื่องมือสเปกตรัมความละเอียดสูงจะเห็นได้ว่าแถบนั้นมีระยะห่างของเส้นที่ใกล้กันมากจนยากที่จะแก้ไข โครงสร้างของสเปกตรัมของโมเลกุลแตกต่างกันไปสำหรับโมเลกุลที่แตกต่างกันและมีความซับซ้อนมากขึ้นเมื่อจำนวนอะตอมในโมเลกุลเพิ่มขึ้น (สังเกตเฉพาะแถบกว้างที่ต่อเนื่องกันเท่านั้น) โมเลกุลโพลีอะตอมเท่านั้นที่มีสเปกตรัมการสั่นสะเทือนและการหมุนขณะที่ไดอะตอมมิคไม่มี สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุลของไดอะตอมไม่มีโมเมนต์ไดโพล (ในระหว่างการเปลี่ยนการสั่นสะเทือนและการหมุนจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงโมเมนต์ไดโพลซึ่งเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างจากศูนย์) สเปกตรัมโมเลกุลใช้ในการศึกษาโครงสร้างและคุณสมบัติของโมเลกุลใช้ในการวิเคราะห์สเปกตรัมของโมเลกุลเลเซอร์สเปกโทรสโกปีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควอนตัม ฯลฯ

การบรรยายครั้งที่ 6

พลังงานโมเลกุล

อะตอม เป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีที่มีคุณสมบัติทางเคมี

อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่อยู่ในสนามของมัน ประจุของนิวเคลียสเท่ากับประจุของอิเล็กตรอนทั้งหมด ไอออน อะตอมที่กำหนดเรียกว่าอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งเกิดจากการสูญเสียหรือการได้รับอิเล็กตรอนจากอะตอม

โมเลกุลเรียกว่าอนุภาคที่เล็กที่สุดของสารที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งมีคุณสมบัติทางเคมีพื้นฐาน

โมเลกุลประกอบด้วยอะตอมเดียวกันหรือต่างกันที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเคมีระหว่างอะตอม

เพื่อให้เข้าใจถึงสาเหตุที่อะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าสามารถสร้างโมเลกุลที่เสถียรได้เราจึง จำกัด ตัวเองให้พิจารณาโมเลกุลไดอะตอมที่เรียบง่ายที่สุดซึ่งประกอบด้วยอะตอมที่เหมือนกันหรือต่างกันสองอะตอม

แรงที่จับอะตอมในโมเลกุลเกิดจากปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนภายนอก อิเล็กตรอนของเปลือกชั้นในเมื่ออะตอมรวมกันเป็นโมเลกุลจะยังคงอยู่ในสถานะก่อนหน้า

หากอะตอมอยู่ห่างจากกันมากก็จะไม่โต้ตอบกัน เมื่ออะตอมเข้าหากันแรงดึงดูดซึ่งกันและกันจะเพิ่มขึ้น ในระยะทางที่เทียบได้กับขนาดของอะตอมจะมีการแสดงแรงผลักซึ่งกันและกันซึ่งไม่อนุญาตให้อิเล็กตรอนของอะตอมหนึ่งเจาะลึกเกินไปในเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมอื่น

แรงขับดันเป็น "ระยะสั้น" มากกว่าแรงโน้มถ่วง ซึ่งหมายความว่าเมื่อระยะห่างระหว่างอะตอมเพิ่มขึ้นแรงขับไล่จะลดลงเร็วกว่าแรงดึงดูด

กราฟของการพึ่งพาแรงดึงดูดแรงผลักและแรงที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมในฐานะฟังก์ชันของระยะทางมีรูปแบบ:

พลังงานปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนในโมเลกุลถูกกำหนดโดยการจัดเรียงร่วมกันของนิวเคลียสอะตอมและเป็นฟังก์ชันของระยะทางนั่นคือ

พลังงานรวมของโมเลกุลทั้งหมดยังรวมถึงพลังงานจลน์ของนิวเคลียสที่เคลื่อนที่ด้วย

ดังนั้น

.

นั่นหมายความว่ามันเป็นพลังงานศักย์ของปฏิสัมพันธ์ของนิวเคลียส

จากนั้นจะแสดงถึงแรงปฏิสัมพันธ์ของอะตอมในโมเลกุลไดอะตอม

ดังนั้นกราฟของการพึ่งพาพลังงานศักย์ของปฏิสัมพันธ์ของอะตอมในโมเลกุลเกี่ยวกับระยะห่างระหว่างอะตอมจึงมีรูปแบบ:

เรียกว่าระยะห่างระหว่างอะตอมของสมดุลในโมเลกุล ความยาวการเชื่อมต่อ... ปริมาณ D เรียกว่า พลังงานการแยกตัวของโมเลกุล หรือ พลังงานการสื่อสาร.มันมีค่าเป็นตัวเลขเท่ากับงานที่ต้องทำเพื่อทำลายพันธะเคมีของอะตอมออกเป็นโมเลกุลและกำจัดออกนอกช่วงของแรงระหว่างอะตอม พลังงานการแยกตัวจะเท่ากับพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการสร้างโมเลกุล แต่อยู่ตรงข้ามกัน พลังงานการแยกตัวเป็นลบและพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการสร้างโมเลกุลเป็นบวก

พลังงานของโมเลกุลขึ้นอยู่กับลักษณะของการเคลื่อนที่ของนิวเคลียส การเคลื่อนไหวนี้สามารถแบ่งออกเป็นการแปลการหมุนและการสั่น ในระยะทางเล็ก ๆ ระหว่างอะตอมในโมเลกุลและปริมาตรที่มากเพียงพอของเรือที่ให้กับโมเลกุล พลังงานแปล มีสเปกตรัมต่อเนื่องและค่าเฉลี่ยคือ

พลังงานหมุนเวียนมีสเปกตรัมที่ไม่ต่อเนื่องและสามารถรับค่าได้

,

โดยที่ฉันคือเลขควอนตัมแบบหมุน

J คือโมเมนต์ความเฉื่อยของโมเลกุล

พลังงานสั่น ยังมีสเปกตรัมที่ไม่ต่อเนื่องและสามารถรับค่าได้

,

เลขควอนตัมการสั่นสะเทือนอยู่ที่ไหน

เป็นความถี่ธรรมชาติของการสั่นสะเทือนประเภทนี้

ที่ระดับการสั่นสะเทือนต่ำสุดจะมีพลังงานเป็นศูนย์

รูปแบบของพลังงานจลน์สอดคล้องกับพลังงานของการเคลื่อนที่แบบหมุนและการแปลและพลังงานศักย์ของการเคลื่อนที่แบบสั่น ดังนั้นขั้นตอนพลังงานของการเคลื่อนที่แบบสั่นของโมเลกุลไดอะตอมสามารถแสดงบนกราฟของการพึ่งพาได้

ขั้นตอนพลังงานของการเคลื่อนที่แบบหมุนของโมเลกุลไดอะตอมนั้นอยู่ในลักษณะที่คล้ายคลึงกันมีเพียงระยะห่างระหว่างกันเท่านั้นที่น้อยกว่าขั้นตอนเดียวกันของการเคลื่อนที่แบบสั่น

ประเภทหลักของพันธะระหว่างอะตอม

พันธะระหว่างอะตอมมีสองประเภท: ไอออนิก (หรือเฮเทอโรโพลาร์) และโควาเลนต์ (หรือ homeopolar).

พันธะไอออนิก เกิดขึ้นในกรณีเหล่านี้เมื่ออิเล็กตรอนในโมเลกุลถูกจัดเรียงในลักษณะที่ส่วนเกินเกิดขึ้นใกล้นิวเคลียสตัวใดตัวหนึ่งและการขาดของพวกมันใกล้กับอีกนิวเคลียส ดังนั้นโมเลกุลจึงประกอบด้วยสองไอออนของสัญญาณตรงข้ามที่ดึงดูดซึ่งกันและกัน ตัวอย่างของโมเลกุลที่มีพันธะไอออนิกคือ NaCl, KCl, RbF, CsJ เป็นต้น เกิดขึ้นจากการเชื่อมต่อของอะตอมของธาตุ ผมth และ viiกลุ่มที่สองของระบบธาตุ Mendeleev ในกรณีนี้อะตอมที่ยึดอิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้นเข้ากับตัวเองจะได้รับประจุลบและกลายเป็นไอออนลบและอะตอมที่ให้จำนวนอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกันจะเปลี่ยนเป็นไอออนบวก ผลรวมของประจุไอออนบวกและลบเป็นศูนย์ ดังนั้นโมเลกุลของไอออนิกจึงเป็นกลางทางไฟฟ้า แรงที่ทำให้เกิดความเสถียรของโมเลกุลนั้นมีลักษณะทางไฟฟ้า

เพื่อให้ตระหนักถึงพันธะไอออนิกจำเป็นต้องใช้พลังงานของการปลดปล่อยอิเล็กตรอนนั่นคือการสร้างไอออนบวกจะน้อยกว่าผลรวมของพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการก่อตัวของไอออนลบและพลังงานของแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน

ค่อนข้างชัดเจนว่าการก่อตัวของไอออนบวกจากอะตอมที่เป็นกลางนั้นต้องใช้งานน้อยที่สุดในกรณีที่มีการปลดอิเล็กตรอนที่อยู่ในเปลือกอิเล็กตรอนที่เริ่มสร้างขึ้น

ในทางกลับกันพลังงานที่ยิ่งใหญ่ที่สุดจะถูกปลดปล่อยออกมาเมื่ออิเล็กตรอนติดอยู่กับอะตอมของฮาโลเจนซึ่งขาดอิเล็กตรอนหนึ่งตัวเพื่อเติมเต็มเปลือกอิเล็กตรอน ดังนั้นพันธะไอออนิกจึงเกิดขึ้นในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนซึ่งนำไปสู่การสร้างเปลือกอิเล็กตรอนที่เต็มไปด้วยไอออนที่เกิดขึ้น

การเชื่อมต่ออีกประเภทหนึ่งคือ พันธะโควาเลนต์.

ด้วยการก่อตัวของโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมที่เหมือนกันการปรากฏตัวของไอออนที่มีประจุตรงข้ามกันจึงเป็นไปไม่ได้ ดังนั้นพันธะไอออนิกจึงเป็นไปไม่ได้ อย่างไรก็ตามในธรรมชาติมีสารที่มีโมเลกุลเกิดจากอะตอมที่เหมือนกัน H 2, O 2, น 2 เป็นต้น พันธะในสารประเภทนี้เรียกว่า โควาเลนต์ หรือ homeopolar (homeo - ต่างกัน [กรีก]) นอกจากนี้ยังพบพันธะโควาเลนต์ในโมเลกุลที่มีอะตอมต่างกัน: ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ HF, ไนตริกออกไซด์ ไม่, มีเทน CH 4 เป็นต้น

ธรรมชาติของพันธะโคเวเลนต์สามารถอธิบายได้บนพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัมเท่านั้น คำอธิบายเชิงกลควอนตัมขึ้นอยู่กับลักษณะคลื่นของอิเล็กตรอน ฟังก์ชันคลื่นของอิเล็กตรอนวงนอกของอะตอมจะไม่แตกออกทันทีโดยมีระยะห่างที่เพิ่มขึ้นจากศูนย์กลางของอะตอม แต่จะค่อยๆลดลง เมื่ออะตอมเข้าหากันเมฆอิเล็กตรอนแบบกระจายของอิเล็กตรอนวงนอกจะเหลื่อมกันบางส่วนซึ่งนำไปสู่การเสียรูป การคำนวณการเปลี่ยนแปลงสถานะของอิเล็กตรอนอย่างแม่นยำต้องใช้คำตอบของสมการคลื่นSchrödingerสำหรับระบบของอนุภาคทั้งหมดที่เข้าร่วมในปฏิสัมพันธ์ ความซับซ้อนและความยุ่งยากของเส้นทางนี้บังคับให้เรา จำกัด ตัวเองไว้ที่นี่เพียงการพิจารณาเชิงคุณภาพของปรากฏการณ์เท่านั้น

ในกรณีที่ง่ายที่สุด s-สถานะของอิเล็กตรอนเมฆอิเล็กตรอนเป็นทรงกลมของรัศมีหนึ่ง ถ้าอิเล็กตรอนทั้งสองในโมเลกุลโคเวเลนต์แลกเปลี่ยนกันเพื่อให้อิเล็กตรอน 1 ซึ่งก่อนหน้านี้เป็นของนิวเคลียส และ"จะเข้ามาแทนที่อิเล็กตรอน 2 ซึ่งเป็นของนิวเคลียส" ข ",และอิเล็กตรอน 2 จะทำการเปลี่ยนกลับจากนั้นจะไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลงในสถานะของโมเลกุลโคเวเลนต์

หลักการของ Pauli ทำให้อิเล็กตรอนสองตัวอยู่ในสถานะเดียวกันโดยมีการหมุนตรงกันข้าม การรวมกันของพื้นที่ที่อิเล็กตรอนทั้งสองสามารถอยู่ได้หมายถึงการเกิดขึ้นระหว่างพวกมันของเครื่องกลควอนตัมพิเศษ แลกเปลี่ยนปฏิสัมพันธ์... ในกรณีนี้อิเล็กตรอนแต่ละตัวในโมเลกุลสามารถสลับกันเป็นนิวเคลียสหนึ่งหรือนิวเคลียสอื่นได้

การคำนวณแสดงให้เห็นว่าพลังงานแลกเปลี่ยนของโมเลกุลเป็นบวกถ้าการหมุนของอิเล็กตรอนที่มีปฏิสัมพันธ์นั้นขนานกันและเป็นลบหากไม่ขนานกัน

ดังนั้นพันธะประเภทโควาเลนต์จึงมาจากอิเล็กตรอนคู่หนึ่งที่มีสปินตรงกันข้าม ถ้าในพันธะไอออนิกเป็นคำถามเกี่ยวกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งการเชื่อมต่อจะดำเนินการโดยการวางนัยทั่วไปของอิเล็กตรอนและการสร้างพื้นที่ร่วมสำหรับการเคลื่อนที่ของพวกมัน

สเปกตรัมโมเลกุล

สเปกตรัมโมเลกุลแตกต่างจากอะตอมมาก ในขณะที่สเปกตรัมของอะตอมประกอบด้วยเส้นแต่ละเส้นสเปกตรัมโมเลกุลประกอบด้วยแถบที่คมที่ขอบด้านหนึ่งและเบลออีกด้านหนึ่ง ดังนั้นจึงเรียกโมเลกุลสเปกตรัม สเปกตรัมลาย.

แถบในสเปกตรัมโมเลกุลจะสังเกตได้ในช่วงความถี่อินฟราเรดที่มองเห็นได้และอัลตราไวโอเลตของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในกรณีนี้ลายทางจะถูกจัดเรียงตามลำดับที่แน่นอนกลายเป็นชุดของลาย สเปกตรัมประกอบด้วยอนุกรมจำนวนหนึ่ง

กลศาสตร์ควอนตัมอธิบายถึงธรรมชาติของสเปกตรัมโมเลกุล การตีความเชิงทฤษฎีของสเปกตรัมของโมเลกุลโพลีอะตอมมีความซับซ้อนมาก เราจะ จำกัด ตัวเองให้พิจารณาเฉพาะโมเลกุลไดอะตอม

ก่อนหน้านี้เราสังเกตว่าพลังงานของโมเลกุลขึ้นอยู่กับลักษณะของการเคลื่อนที่ของนิวเคลียสของอะตอมและระบุพลังงานสามประเภทนี้ ได้แก่ การแปลการหมุนและการสั่นสะเทือน นอกจากนี้พลังงานของโมเลกุลยังถูกกำหนดโดยลักษณะของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน เรียกพลังงานประเภทนี้ว่า พลังงานอิเล็กทรอนิกส์ และเป็นส่วนประกอบของพลังงานทั้งหมดของโมเลกุล

ดังนั้นพลังงานทั้งหมดของโมเลกุลคือ:

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานการแปลไม่สามารถนำไปสู่ลักษณะของเส้นสเปกตรัมในสเปกตรัมของโมเลกุลได้ดังนั้นเราจะไม่รวมพลังงานประเภทนี้ในการพิจารณาสเปกตรัมของโมเลกุลต่อไป แล้ว

ตามกฎความถี่ของบอร์ ( สาม-สมมติฐานของบอร์) ความถี่ของควอนตัมที่ปล่อยออกมาโดยโมเลกุลเมื่อสถานะพลังงานเปลี่ยนไป

.

ประสบการณ์และการวิจัยทางทฤษฎีได้แสดงให้เห็นว่า

ดังนั้นด้วยความตื่นเต้นที่อ่อนแอมันจะเปลี่ยนไปเท่านั้นโดยที่แข็งแกร่งขึ้น - และแข็งแกร่งยิ่งขึ้น - ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับสเปกตรัมโมเลกุลประเภทต่างๆ

สเปกตรัมการหมุนของโมเลกุล

มาเริ่มตรวจสอบการดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากพลังงานส่วนเล็ก ๆ จนกว่าขนาดของควอนตัมพลังงานจะเท่ากับระยะห่างระหว่างสองระดับที่ใกล้ที่สุดโมเลกุลจะไม่ดูดซับ โดยการค่อยๆเพิ่มความถี่เราจะไปถึงควอนต้าที่สามารถยกโมเลกุลจากขั้นตอนหนึ่งไปยังอีกขั้น สิ่งนี้เกิดขึ้นในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดของลำดับ 0.1-1 มม.

,

ที่ไหนและเป็นค่าของจำนวนควอนตัมการหมุนที่ระดับพลังงานที่ -th และ -th

ตัวเลขควอนตัมแบบหมุนและสามารถมีค่าได้เช่น การเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ถูก จำกัด โดยกฎการเลือก

การดูดกลืนควอนตัมโดยโมเลกุลจะถ่ายโอนจากระดับพลังงานหมุนเวียนหนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่งที่สูงกว่าและนำไปสู่การปรากฏตัวของเส้นสเปกตรัมของสเปกตรัมการดูดกลืนแบบหมุน เมื่อความยาวคลื่นลดลง (เช่นตัวเลขเปลี่ยนไป) เส้นใหม่ของสเปกตรัมการดูดกลืนจะปรากฏขึ้นในภูมิภาคนี้ ชุดของเส้นทั้งหมดให้ความคิดเกี่ยวกับการกระจายของสถานะพลังงานการหมุนของโมเลกุล

จนถึงตอนนี้เราได้พิจารณาสเปกตรัมการดูดซึมของโมเลกุลแล้ว สเปกตรัมการแผ่รังสีของโมเลกุลก็เป็นไปได้เช่นกัน การปรากฏตัวของเส้นในสเปกตรัมการแผ่รังสีการหมุนเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลจากระดับพลังงานการหมุนด้านบนไปสู่ระดับล่าง

สเปกตรัมการหมุนช่วยให้สามารถกำหนดระยะทางระหว่างโมเลกุลในโมเลกุลอย่างง่ายได้อย่างแม่นยำ เมื่อทราบโมเมนต์ความเฉื่อยและมวลของอะตอมจึงสามารถกำหนดระยะห่างระหว่างอะตอมได้ สำหรับโมเลกุลไดอะตอม

สเปกตรัมการสั่นสะเทือนและการหมุนของโมเลกุล

การดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นไมครอนโดยสารทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับพลังงานการสั่นสะเทือนและนำไปสู่การปรากฏของสเปกตรัมการสั่นสะเทือนของโมเลกุล อย่างไรก็ตามเมื่อระดับพลังงานสั่นสะเทือนของโมเลกุลเปลี่ยนไปสถานะพลังงานการหมุนของมันก็เปลี่ยนไปเช่นกัน การเปลี่ยนระหว่างระดับพลังงานสั่นสะเทือนสองระดับจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงสถานะพลังงานการหมุน สิ่งนี้ก่อให้เกิดสเปกตรัมการสั่นสะเทือนและการหมุนของโมเลกุล

หากโมเลกุลสั่นและหมุนพร้อมกันพลังงานของมันจะถูกกำหนดโดยตัวเลขควอนตัมสองตัวและ:

.

เมื่อคำนึงถึงกฎการเลือกสำหรับตัวเลขควอนตัมทั้งสองเราได้รับสูตรต่อไปนี้สำหรับความถี่ของสเปกตรัมการสั่นสะเทือนและการหมุน (สูตรก่อนหน้า / h และละทิ้งระดับพลังงานก่อนหน้านั่นคือเงื่อนไขในวงเล็บ):

.

ในกรณีนี้เครื่องหมาย (+) จะสอดคล้องกับการเปลี่ยนจากระดับที่ต่ำกว่าไปสู่ระดับการหมุนที่สูงขึ้นและเครื่องหมาย (-) จะตรงกับตำแหน่งย้อนกลับ ส่วนที่สั่นสะเทือนของความถี่กำหนดพื้นที่สเปกตรัมที่วงดนตรีตั้งอยู่ ส่วนที่หมุนได้กำหนดโครงสร้างที่ละเอียดของแถบเช่น การแยกเส้นสเปกตรัมแต่ละเส้น

ตามแนวคิดคลาสสิกการหมุนหรือการสั่นสะเทือนของโมเลกุลไดอะตอมสามารถนำไปสู่การปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ก็ต่อเมื่อโมเลกุลนั้นมีโมเมนต์ไดโพลที่ไม่ใช่ศูนย์ เงื่อนไขนี้เป็นที่พอใจสำหรับโมเลกุลที่เกิดจากอะตอมที่แตกต่างกันสองอะตอมเท่านั้นนั่นคือ สำหรับโมเลกุลที่ไม่สมมาตร

โมเลกุลสมมาตรที่เกิดจากอะตอมที่เหมือนกันจะมีโมเมนต์ไดโพลเป็นศูนย์ ดังนั้นตามกระแสไฟฟ้าแบบคลาสสิกการสั่นสะเทือนและการหมุนของโมเลกุลดังกล่าวไม่สามารถทำให้เกิดการแผ่รังสีได้ ทฤษฎีควอนตัมนำไปสู่ผลลัพธ์ที่คล้ายกัน

สเปกตรัมการสั่นสะเทือนของโมเลกุล

การดูดซึมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงที่มองเห็นได้และช่วงอัลตราไวโอเลตจะนำไปสู่การเปลี่ยนโมเลกุลระหว่างระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ที่แตกต่างกันเช่น กับการเกิดขึ้นของสเปกตรัมอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุล ระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์แต่ละระดับสอดคล้องกับการกระจายตัวของอิเล็กตรอนเชิงพื้นที่หรือตามที่กล่าวไว้ว่าการกำหนดค่าของอิเล็กตรอนที่มีพลังงานไม่ต่อเนื่อง โครงร่างของอิเล็กตรอนแต่ละตัวสอดคล้องกับระดับพลังงานการสั่นสะเทือนที่หลากหลาย

การเปลี่ยนระหว่างระดับอิเล็กทรอนิกส์สองระดับจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนที่ใช้ร่วมกันระหว่างระดับการสั่นสะเทือน นี่คือลักษณะที่สเปกตรัมการสั่นสะเทือนอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลปรากฏขึ้นซึ่งประกอบด้วยกลุ่มของเส้นปิด

ระบบระดับการหมุนถูกซ้อนทับบนสถานะพลังงานการสั่นสะเทือนแต่ละสถานะ ดังนั้นความถี่ของโฟตอนในระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางอิเล็กทรอนิกส์ - การสั่นสะเทือนจะถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงของพลังงานทั้งสามประเภท:

.

ความถี่ - กำหนดตำแหน่งของสเปกตรัม

สเปกตรัมการสั่นสะเทือนแบบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดเป็นระบบของวงดนตรีหลายกลุ่มซึ่งมักจะทับซ้อนกันและประกอบเป็นแถบกว้าง

การศึกษาและตีความสเปกตรัมของโมเลกุลช่วยให้คุณเข้าใจโครงสร้างโดยละเอียดของโมเลกุลและสามารถประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์ทางเคมีได้อย่างกว้างขวาง

แสงรามัญกระเจิง

ปรากฏการณ์นี้ประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าในสเปกตรัมการกระจัดกระจายที่เกิดขึ้นเมื่อแสงผ่านก๊าซของเหลวหรือตัวผลึกโปร่งใสพร้อมกับการกระเจิงของแสงที่มีความถี่คงที่ความถี่ที่สูงขึ้นหรือต่ำกว่าจะปรากฏขึ้นซึ่งสอดคล้องกับความถี่ของการเปลี่ยนการสั่นสะเทือนหรือการหมุนที่กระจายโมเลกุล

ปรากฏการณ์การกระเจิงของชาวรามัญมีคำอธิบายเชิงกลเชิงควอนตัมอย่างง่าย กระบวนการกระเจิงของแสงโดยโมเลกุลถือได้ว่าเป็นการชนกันของโฟตอนกับโมเลกุลแบบไม่ยืดหยุ่น เมื่อเกิดการชนกันโฟตอนสามารถให้กับโมเลกุลหรือรับจากมันได้เฉพาะพลังงานจำนวนดังกล่าวที่เท่ากับความแตกต่างระหว่างระดับพลังงานทั้งสอง ถ้าเมื่อชนกับโฟตอนโมเลกุลจะผ่านจากสถานะที่มีพลังงานต่ำกว่าไปยังสถานะที่มีพลังงานสูงกว่าก็จะสูญเสียพลังงานและความถี่จะลดลง สิ่งนี้จะสร้างเส้นในสเปกตรัมของโมเลกุลโดยเลื่อนเมื่อเทียบกับเส้นหลักไปสู่ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น ถ้าหลังจากชนกับโฟตอนโมเลกุลจะผ่านจากสถานะที่มีพลังงานสูงกว่าไปยังสถานะที่มีพลังงานต่ำกว่าเส้นจะถูกสร้างขึ้นในสเปกตรัมที่เปลี่ยนไปเมื่อเทียบกับเส้นหลักไปสู่ความยาวคลื่นที่สั้นกว่า

การศึกษาการกระเจิงของรามานให้ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโมเลกุล ด้วยวิธีนี้ความถี่ในการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของโมเลกุลจะถูกกำหนดได้อย่างง่ายดายและรวดเร็ว นอกจากนี้ยังช่วยให้คุณสามารถตัดสินลักษณะของความสมมาตรของโมเลกุล

เรืองแสง

หากโมเลกุลของสารสามารถถูกทำให้เข้าสู่สภาวะตื่นเต้นได้โดยไม่ต้องเพิ่มพลังงานจลน์เฉลี่ยนั่นคือ หากไม่มีความร้อนก็จะมีการเรืองแสงของร่างกายเหล่านี้หรือการเรืองแสง

การเรืองแสงมีสองประเภท: เรืองแสง และ ฟอสฟอรัส.

เรืองแสงการเรืองแสงเรียกว่าซึ่งจะหยุดทันทีหลังจากสิ้นสุดการกระทำของเชื้อโรคเรืองแสง

ในระหว่างการเรืองแสงจะมีการเปลี่ยนโมเลกุลจากสภาวะตื่นเต้นไปสู่ระดับที่ต่ำกว่าโดยธรรมชาติ การเรืองแสงประเภทนี้มีระยะเวลาสั้นมาก (ประมาณ 10 -7 วินาที)

ฟอสฟอรัสเรียกว่าการเรืองแสงซึ่งจะคงความเรืองแสงไว้เป็นเวลานานหลังจากการกระทำของสารเรืองแสง

ในระหว่างการเรืองแสงโมเลกุลจะผ่านจากสถานะตื่นเต้นไปสู่ระดับที่แพร่กระจายได้ แพร่กระจายได้ ระดับดังกล่าวเรียกว่าการเปลี่ยนจากระดับไปสู่ระดับล่างนั้นไม่น่าเป็นไปได้ การแผ่รังสีในกรณีนี้อาจเกิดขึ้นได้หากโมเลกุลกลับสู่ระดับตื่นเต้น

การเปลี่ยนจากสถานะที่แพร่กระจายไปสู่สถานะตื่นเต้นนั้นทำได้เฉพาะเมื่อมีการกระตุ้นเพิ่มเติมเท่านั้น สาเหตุเพิ่มเติมนี้อาจเป็นอุณหภูมิของสาร ที่อุณหภูมิสูงการเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิต่ำอย่างช้าๆ

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วการเรืองแสงเรียกว่าการเรืองแสงภายใต้การกระทำของแสง แสงภายใต้การกระทำของการทิ้งระเบิดของอิเล็กตรอน - cathodoluminescenceภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า - อิเล็กโตรลูมิเนสเซนส์ภายใต้อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงทางเคมี - เคมีลูมิเนส.

เครื่องขยายควอนตัมและเครื่องกำเนิดรังสี

ในช่วงกลางทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษของเราการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควอนตัมเริ่มขึ้น ในปีพ. ศ. 2497 ผลงานของนักวิชาการ N.G. Basov และ A.M. Prokhorov ผู้ซึ่งอธิบายเครื่องกำเนิดควอนตัมของคลื่นวิทยุอัลตราไวโอเลตในช่วงเซนติเมตรเรียกว่า maser (การขยายไมโครแวร์โดยการปล่อยรังสีกระตุ้น) มีการตั้งชื่อชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเครื่องขยายสัญญาณสำหรับแสงที่มองเห็นได้และอินฟราเรดที่ปรากฏในยุค 60 เครื่องกำเนิดควอนตัมเชิงแสง หรือ เลเซอร์ (การขยายแสงโดยการปล่อยรังสีกระตุ้น)

อุปกรณ์ทั้งสองประเภททำงานบนพื้นฐานของผลของรังสีที่กระตุ้นหรือเหนี่ยวนำ

ให้เราอาศัยรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับรังสีประเภทนี้

การแผ่รังสีประเภทนี้เป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับอะตอมของสารที่คลื่นผ่าน

ในอะตอมการเปลี่ยนจากระดับพลังงานที่สูงกว่าไปสู่ระดับที่ต่ำกว่าจะดำเนินการโดยธรรมชาติ (หรือเกิดขึ้นเอง) อย่างไรก็ตามภายใต้อิทธิพลของรังสีตกกระทบการเปลี่ยนภาพดังกล่าวเป็นไปได้ทั้งในทิศทางไปข้างหน้าและในทิศทางตรงกันข้าม การเปลี่ยนเหล่านี้เรียกว่า ถูกบังคับ หรือ ชักนำ... เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงที่ถูกบังคับจากระดับตื่นเต้นไปสู่ระดับพลังงานต่ำอะตอมจะปล่อยโฟตอนที่เพิ่มเติมจากโฟตอนที่เกิดการเปลี่ยนแปลง

ในกรณีนี้ทิศทางของการแพร่กระจายของโฟตอนนี้และด้วยเหตุนี้รังสีที่ถูกกระตุ้นทั้งหมดจึงเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางการแพร่กระจายของรังสีภายนอกที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนั่นคือ การปล่อยที่ถูกกระตุ้นนั้นสอดคล้องกันอย่างเคร่งครัดกับการปล่อยที่กระตุ้น.

ดังนั้นโฟตอนใหม่ซึ่งปรากฏเป็นผลมาจากการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นจะขยายแสงที่ผ่านตัวกลาง อย่างไรก็ตามในเวลาเดียวกันกับรังสีเหนี่ยวนำกระบวนการดูดซับแสงจะเกิดขึ้นตั้งแต่ โฟตอนการแผ่รังสีที่กระตุ้นจะถูกดูดซับโดยอะตอมที่ระดับพลังงานต่ำและอะตอมจะเคลื่อนที่ไปยังระดับพลังงานที่สูงขึ้น และ

กระบวนการถ่ายโอนสภาพแวดล้อมไปสู่สถานะผกผันเรียกว่า สูบสื่อขยายเสียง มีหลายวิธีในการสูบจ่ายขนาดกลาง สิ่งที่ง่ายที่สุดคือการสูบน้ำด้วยแสงของตัวกลางซึ่งอะตอมจะถูกถ่ายโอนจากระดับล่างไปยังระดับความตื่นเต้นสูงสุดโดยการฉายรังสีของแสงที่มีความถี่ดังกล่าว

ในตัวกลางที่มีสถานะกลับหัวการแผ่รังสีที่ถูกกระตุ้นจะเกินการดูดซับของแสงโดยอะตอมซึ่งเป็นผลมาจากการขยายลำแสงที่ตกกระทบ

พิจารณาอุปกรณ์ที่ใช้สื่อดังกล่าวซึ่งใช้เป็นเครื่องกำเนิดคลื่นในช่วงแสงหรือ เลเซอร์.

ส่วนหลักของมันคือคริสตัลของทับทิมเทียมซึ่งก็คืออลูมินาซึ่งอะตอมของอลูมิเนียมบางส่วนจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมของโครเมียม เมื่อคริสตัลทับทิมถูกฉายรังสีด้วยแสงที่มีความยาวคลื่น 5600 โครเมียมไอออนจะเคลื่อนที่ไปที่ระดับพลังงานด้านบน

การเปลี่ยนกลับสู่สถานะพื้นเกิดขึ้นในสองขั้นตอน ในขั้นตอนแรกไอออนที่ถูกกระตุ้นจะให้พลังงานส่วนหนึ่งไปที่โครงตาข่ายคริสตัลและผ่านเข้าสู่สถานะที่แพร่กระจายได้ ไอออนอยู่ในระดับนี้เป็นเวลานานกว่าที่ระดับบน เป็นผลให้เกิดสภาวะผกผันของระดับที่แพร่กระจายได้

การกลับมาของไอออนสู่สถานะพื้นจะมาพร้อมกับการปล่อยเส้นสีแดงสองเส้น: และ การกลับมานี้เกิดขึ้นเหมือนหิมะถล่มภายใต้การกระทำของโฟตอนที่มีความยาวคลื่นเดียวกันนั่นคือ ด้วยรังสีบังคับ การกลับมานี้เร็วกว่าการปล่อยแสงที่เกิดขึ้นเองมากดังนั้นแสงจึงขยายออกไป

ทับทิมที่ใช้ในเลเซอร์มีลักษณะเป็นแท่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 ซม. และยาว 4-5 ซม. ปลายแบนของแท่งนี้ได้รับการขัดเงาและชุบเงินเพื่อให้เป็นกระจกสองบานที่อยู่ตรงข้ามกันซึ่งหนึ่งในนั้นเป็นแบบโปร่งแสง แท่งทับทิมทั้งหมดตั้งอยู่ใกล้กับหลอดอิเล็กตรอนแบบพัลซิ่งด้วยความช่วยเหลือของตัวกลางที่สูบด้วยแสง โฟตอนทิศทางของการเคลื่อนที่ซึ่งก่อให้เกิดมุมเล็ก ๆ กับแกนของทับทิมสัมผัสกับการสะท้อนหลายครั้งจากปลายของมัน

ดังนั้นเส้นทางของพวกมันในคริสตัลจะยาวมากและโฟตอนลดหลั่นในทิศทางนี้จะได้รับการพัฒนามากที่สุด

โฟตอนที่ปล่อยออกมาตามธรรมชาติในทิศทางอื่น ๆ จะออกจากคริสตัลผ่านพื้นผิวด้านข้างโดยไม่ก่อให้เกิดการแผ่รังสีเพิ่มเติม

เมื่อลำแสงตามแนวแกนมีความเข้มเพียงพอส่วนหนึ่งของลำแสงจะพุ่งออกไปทางปลายกึ่งโปร่งใสของคริสตัล

ความร้อนจำนวนมากถูกสร้างขึ้นภายในคริสตัล ดังนั้นจึงต้องมีการระบายความร้อนอย่างเข้มข้น

รังสีเลเซอร์มีคุณสมบัติหลายประการ โดดเด่นด้วย:

1. การเชื่อมโยงกันชั่วคราวและเชิงพื้นที่

2. monochromaticity ที่เข้มงวด;

3. พลังงานสูง

4. ความแคบของลำแสง

การแผ่รังสีที่เชื่อมโยงกันสูงเปิดโอกาสกว้าง ๆ สำหรับการใช้เลเซอร์สำหรับการสื่อสารทางวิทยุโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการสื่อสารทางวิทยุแบบกำหนดทิศทางในอวกาศ หากพบวิธีการมอดูเลตและเดโมดูเลตแสงข้อมูลจำนวนมากสามารถส่งผ่านได้ ดังนั้นในแง่ของปริมาณข้อมูลที่ส่งเลเซอร์หนึ่งตัวสามารถแทนที่ระบบการสื่อสารทั้งหมดระหว่างชายฝั่งตะวันออกและตะวันตกของสหรัฐอเมริกาได้

ความกว้างเชิงมุมของลำแสงเลเซอร์มีขนาดเล็กมากจนเมื่อใช้การโฟกัสด้วยกล้องส่องทางไกลจะสามารถหาจุดแสงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 กม. บนพื้นผิวดวงจันทร์ได้ ลำแสงกำลังสูงและความแคบช่วยให้เมื่อโฟกัสด้วยเลนส์ได้รับความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานสูงกว่าความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานที่ได้รับจากการโฟกัสแสงแดดถึง 1,000 เท่า ลำแสงดังกล่าวสามารถใช้สำหรับการตัดเฉือนและการเชื่อมเพื่อให้มีผลต่อปฏิกิริยาทางเคมีเป็นต้น

ข้างต้นไม่ได้ทำให้ความเป็นไปได้ทั้งหมดของเลเซอร์หมดไป เป็นแหล่งกำเนิดแสงรูปแบบใหม่ที่สมบูรณ์และยังยากที่จะจินตนาการถึงพื้นที่ที่เป็นไปได้ทั้งหมดของการใช้งาน

ข้อกำหนดเฉพาะระดับโมเลกุล

การแผ่รังสีการดูดซับและสเปกตรัมการกระเจิงของรามาน (RS) ที่เป็นของโมเลกุลอิสระหรือมีพันธะที่อ่อนแอ แถบกล้องจุลทรรศน์โดยทั่วไปจะมีลายแถบพวกมันถูกสังเกตว่าเป็นการรวมกันของแถบแคบมากหรือน้อยในบริเวณ UV ที่มองเห็นได้และ IR ของสเปกตรัม ด้วยความละเอียดเพียงพอของเครื่องมือสเปกตรัมท่าเรือ ลายเส้นแบ่งออกเป็นกลุ่มของเส้นที่เว้นระยะห่างอย่างใกล้ชิด โครงสร้างของ M. แตกต่างกันสำหรับ decomp โมเลกุลและมีความซับซ้อนมากขึ้นเมื่อมีจำนวนอะตอมเพิ่มขึ้นในโมเลกุล สเปกตรัมที่มองเห็นได้และรังสียูวีของโมเลกุลที่มีความซับซ้อนสูงมีลักษณะคล้ายกันและประกอบด้วยแถบกว้างต่อเนื่องกันสองสามแถบ นางสาว. เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนควอนตัมระหว่างระดับพลังงาน? "และ?" โมเลกุลตามอัตราส่วน:

โดยที่ hv คือพลังงานของโฟตอนที่ปล่อยออกมาหรือดูดซับของความถี่ v ที่ Raman scattering hv เท่ากับผลต่างระหว่างพลังงานของเหตุการณ์กับโฟตอนที่กระจัดกระจาย นางสาว. สเปกตรัมอะตอมที่ซับซ้อนกว่ามากซึ่งพิจารณาจากความซับซ้อนที่มากขึ้นของ int การเคลื่อนที่ในโมเลกุลเพราะนอกจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเมื่อเทียบกับนิวเคลียสตั้งแต่สองนิวเคลียสแล้วการสั่นสะเทือนจะเกิดขึ้นในโมเลกุล การเคลื่อนที่ของนิวเคลียส (ร่วมกับ el-us ภายในโดยรอบ) เกี่ยวกับตำแหน่งสมดุลและหมุน การเคลื่อนไหวโดยรวม แกว่งอิเล็กทรอนิกส์ และหมุน การเคลื่อนที่ของโมเลกุลสอดคล้องกับระดับพลังงานสามประเภท el, kol และ vr และ M. s สามประเภท

ตามควอนตัม กลศาสตร์พลังงานของการเคลื่อนที่ทุกประเภทในโมเลกุลสามารถรับได้เฉพาะค่าบางค่าเท่านั้น (เชิงปริมาณ) พลังงานทั้งหมดของโมเลกุล? สามารถแสดงโดยประมาณเป็นผลรวมของพลังงานเชิงปริมาณที่สอดคล้องกับสามประเภทภายในของมัน การเคลื่อนไหว:

? "? El +? Count +? vr, (2) และตามลำดับขนาด

El:? จำนวน:? Br \u003d 1:? M / M: m / M, (3)

โดยที่ m คือมวลของอิเล็กตรอนและ M มีลำดับมวลของนิวเคลียสของอะตอมในโมเลกุลนั่นคือ

เอล -\u003e? นับ -\u003e? vr. (4) โดยปกติอีเมลของคำสั่งซื้อของหลาย ๆ eV (หลายร้อย kJ / mol), λcount \u003d 10-2-10-1 eV, λbr \u003d 10-5-10-3 eV

ระบบระดับพลังงานของโมเลกุลมีลักษณะเป็นชุดของระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ที่ห่างไกลจากกัน (ถอดรหัส? el ที่? col \u003d? Bp \u003d 0) ระดับการสั่นสะเทือนอยู่ใกล้กันมากขึ้น (ต่างกัน? นับที่? el และ? bp \u003d 0) และยิ่งเข้าใกล้ระดับการหมุนของกันและกัน (ค่า? bp ที่กำหนด? e และ? count)

ระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ a c b ในรูปที่ 1 สอดคล้องกับการกำหนดค่าสมดุลของโมเลกุล สถานะอิเล็กทรอนิกส์แต่ละตัวสอดคล้องกับการกำหนดค่าสมดุลและค่าที่แน่นอน? el; ค่าต่ำสุดสอดคล้องกับค่าหลัก สถานะอิเล็กทรอนิกส์ (ระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานของโมเลกุล)

รูป: 1. แผนภาพระดับพลังงานของโมเลกุลไดอะตอม a และ b - ระดับอิเล็กทรอนิกส์ v "และ v" คือควอนตัม ตัวเลขกำลังส่าย ระดับ; J "และ J" เป็นควอนตัม ตัวเลขหมุน ระดับ

ชุดสถานะอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลถูกกำหนดโดยความศักดิ์สิทธิ์ของเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ โดยหลักการแล้วค่าของ? el สามารถคำนวณได้โดยใช้วิธีควอนตัม เคมี แต่ปัญหานี้แก้ไขได้โดยประมาณและสำหรับโมเลกุลที่ค่อนข้างเรียบง่าย ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับระดับอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุล (ตำแหน่งและลักษณะของโมเลกุล) กำหนดโดยเคมี โครงสร้างรับเรียนม. กับ.

ลักษณะที่สำคัญมากของระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์คือค่าของควอนตัมหมายเลข 5 ซึ่งกำหนดเอบีเอส ค่าของโมเมนต์หมุนทั้งหมดของอิเล็กตรอนทั้งหมด ตามกฎแล้วโมเลกุลที่เสถียรทางเคมีมีจำนวนเท่ากันของเอลและสำหรับพวกมัน 5 \u003d 0, 1, 2, ... .; สำหรับขั้นพื้นฐาน โดยทั่วไประดับอิเล็กทรอนิกส์คือ 5 \u003d 0 สำหรับคนที่ตื่นเต้น - 5 \u003d 0 และ 5 \u003d 1 ระดับที่เรียกว่า S \u003d 0 เสื้อกล้ามที่มี S \u003d 1 - สามเท่า (เนื่องจากการคูณ c \u003d 2S + 1 \u003d 3)

ในกรณีของโมเลกุลไตรอะตอมเชิงไดอะตอมและเชิงเส้นระดับอิเล็กทรอนิกส์จะมีลักษณะเป็นค่าควอนตัม หมายเลขЛซึ่งกำหนดหน้าท้อง ขนาดของการฉายของโมเมนตัมการโคจรทั้งหมดของอิเล็กตรอนทั้งหมดบนแกนของโมเลกุล ระดับที่มี L \u003d 0, 1, 2, ... จะถูกกำหนด S, P, D ตามลำดับ ... . และและแสดงด้วยดัชนีที่ด้านบนซ้าย (เช่น 3S, 2П) สำหรับโมเลกุลที่มีจุดศูนย์กลางสมมาตร (ตัวอย่างเช่น CO2, CH6) ระดับอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดจะแบ่งออกเป็นคู่และคี่ (g และ u ตามลำดับ) ขึ้นอยู่กับว่าฟังก์ชันคลื่นที่กำหนดค่าเหล่านี้จะยังคงมีสัญลักษณ์หรือไม่เมื่อกลับด้านที่ศูนย์กลางสมมาตร

ระดับพลังงานสั่นสะเทือนสามารถพบได้โดยการหาปริมาณการสั่น การเคลื่อนไหวการตัดถือว่าเป็นฮาร์มอนิกโดยประมาณ โมเลกุลไดอะตอม (ระดับอิสระในการสั่นสะเทือนหนึ่งระดับที่สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของระยะห่างระหว่างนิวเคลียส r) สามารถถือได้ว่าเป็นฮาร์มอนิก ออสซิลเลเตอร์การหาปริมาณซึ่งให้ระดับพลังงานที่เท่ากัน:

โดยที่ v เป็นพื้นฐาน ความถี่ฮาร์มอนิก การสั่นของโมเลกุล, v \u003d 0, 1, 2,. ... .- ไหว. ควอนตัม จำนวน.

สำหรับสถานะอิเล็กทรอนิกส์แต่ละโมเลกุลของโมเลกุลประกอบด้วยอะตอม N? 3 และมี f องศาอิสระ (f \u003d 3N-5 และ f \u003d 3N-6 สำหรับโมเลกุลเชิงเส้นและไม่เชิงเส้นตามลำดับ) ปรากฎว่า / ดังนั้น n การสั่นปกติที่มีความถี่ vi (ป่วย, 2, 3, ... , f) และระบบที่ซับซ้อนสั่น ระดับพลังงาน:

ชุดความถี่ของบรรทัดฐาน ความผันผวนในหลัก yavl สถานะอิเล็กทรอนิกส์ ลักษณะสำคัญของโมเลกุลขึ้นอยู่กับสารเคมี อาคาร ในบรรทัดฐานหนึ่ง การสั่นสะเทือนเกี่ยวข้องกับอะตอมทั้งหมดของโมเลกุลหรือบางส่วน อะตอมทำงานอย่างกลมกลืน การสั่นด้วยความถี่ vi เท่ากัน แต่มีความแตกต่าง แอมพลิจูดที่กำหนดรูปร่างของการสั่นสะเทือน บรรทัดฐาน การสั่นสะเทือนแบ่งออกเป็นรูปร่างเป็นการยืด (การเปลี่ยนความยาวของพันธะเคมี) และการเปลี่ยนรูป (การเปลี่ยนมุมระหว่างพันธะเคมี - มุมพันธะ) สำหรับโมเลกุลที่มีความสมมาตรต่ำกว่า (ดู SYMMETRY OF A MOLECULE) f \u003d 2 และการสั่นทั้งหมดไม่ได้ทำให้เสื่อมลง สำหรับโมเลกุลที่สมมาตรมากขึ้นจะมีการสั่นสะเทือนที่เสื่อมลงเป็นสองเท่าและสามเท่านั่นคือการสั่นคู่และสามเท่าที่เกิดขึ้นพร้อมกันในความถี่

ระดับพลังงานการหมุนสามารถหาได้จากการหมุนเชิงปริมาณ การเคลื่อนที่ของโมเลกุลโดยพิจารณาว่าเป็นทีวี ร่างกายที่มีช่วงเวลาแห่งความเฉื่อย ในกรณีของโมเลกุลไตรอะตอมแบบไดอะตอมหรือเชิงเส้นพลังงานการหมุนของมันคือ? Rp \u003d M2 / 2I โดยที่ I คือโมเมนต์ความเฉื่อยของโมเลกุลที่สัมพันธ์กับแกนที่ตั้งฉากกับแกนของโมเลกุลและ M จะถูกหมุน ช่วงเวลาของการเคลื่อนไหวนับ ตามกฎของการหาปริมาณ

M2 \u003d (ชั่วโมง / 4pi2) J (J + 1)

โดยที่ f \u003d 0, 1.2,. ... .- ควอนตัมแบบหมุน จำนวน; สำหรับ? vr เราได้รับ:

Вр \u003d (h2 / 8pi2I) J (J + 1) \u003d hBJ (J + 1), (7)

ที่พวกเขาหมุน ค่าคงที่ B \u003d (h / 8piI2) I

กำหนดขนาดของระยะทางระหว่างระดับพลังงานลดลงตามมวลนิวเคลียร์ที่เพิ่มขึ้นและระยะทางภายในนิวเคลียร์

ธ.ค. ประเภทของ M. กับ. เกิดขึ้นเมื่อ decomp ประเภทของการเปลี่ยนระหว่างระดับพลังงานของโมเลกุล ตาม (1) และ (2):

D? \u003d? "-?" \u003d\u003d D? El + D? Count + D? vr,

และในทำนองเดียวกันกับ (4) D? el-\u003e D? count-\u003e D? vp ที่ D? El? 0 จะได้รับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนซึ่งสังเกตได้ในบริเวณที่มองเห็นได้และ UV โดยปกติจะอยู่ที่ D ?? 0 พร้อมกัน D? Number? 0 และ D? Bp? 0; ถอดรหัส D? หมายเลขที่ D? El ที่กำหนดสอดคล้องกับ decomp แกว่งไปแกว่งมา ลายเส้น (รูปที่ 2) และ decomp D? Bp ที่กำหนด D? El และ D? หมุน. เส้นแบ่งเป็นข้าวไรย์สั่นสะเทือน ลายเส้น (รูปที่ 3)

รูป: 2. Electroinos สั่น สเปกตรัมของโมเลกุล N2 ในบริเวณใกล้ UV กลุ่มของวงดนตรีสอดคล้องกับ Decomp ค่า Dv \u003d v "-v"

ชุดของวงดนตรีที่มี D? El ที่กำหนด (ซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงทางอิเล็กทรอนิกส์ล้วน ๆ ที่มีความถี่ของ nel \u003d D? El / h) เรียกว่า ระบบลาย ลายเส้นมีการสลายตัว ความเข้มขึ้นอยู่กับญาติ ความน่าจะเป็นในการเปลี่ยนแปลง (ดู QUANTUM TRANSITION)

รูป: 3. หมุน ความแตกแยก electron-colsbate ลาย 3805.0? โมเลกุล N2

สำหรับโมเลกุลที่ซับซ้อนวงดนตรีของระบบหนึ่งที่สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงทางอิเล็กทรอนิกส์ที่กำหนดมักจะรวมกันเป็นวงกว้างต่อเนื่องกัน สามารถทับซ้อนกันและหลาย ๆ วงดนตรีดังกล่าว สเปกตรัมอิเล็กทรอนิกส์แบบแยกส่วนโดยทั่วไปจะสังเกตได้ในสารละลายอินทรีย์แช่แข็ง การเชื่อมต่อ

การศึกษาสเปกตรัมแบบอิเล็กทรอนิกส์ (ที่แม่นยำยิ่งขึ้น, การสั่นสะเทือน - การหมุนแบบอิเล็กทรอนิกส์) โดยใช้อุปกรณ์สเปกตรัมที่มีแก้ว (บริเวณที่มองเห็นได้) และควอตซ์ (ขอบเขต UV, (ดูการแผ่รังสี UV)) เมื่อ D? El \u003d 0 และ D? Number? 0 จะแกว่ง MS สังเกตได้ในบริเวณใกล้ IR โดยปกติจะอยู่ในการดูดกลืนแสงและรามานสเปกตรัม ตามกฎแล้วสำหรับ D? จำนวน D? Bp? 0 และการแกว่ง แถบแยกออกเป็นส่วน ๆ หมุน. เส้น การสั่นสะเทือนที่รุนแรงที่สุด นางสาว. วงดนตรีที่ตรงตามเงื่อนไข Dv \u003d v "- v" \u003d 1 (สำหรับโมเลกุล polyatomic Dvi \u003d v "i-v" i \u003d 1 ที่ Dvk \u003d V "k-V" k \u003d 0; ที่นี่ i และ k กำหนดการสั่นปกติที่แตกต่างกัน) เพื่อความกลมกลืนอย่างหมดจด. ลังเลกฎการคัดเลือกเหล่านี้ปฏิบัติตามอย่างเคร่งครัด สำหรับ anharmonic การสั่นสะเทือนปรากฏเป็นแถบซึ่ง Dv\u003e 1 (เสียงหวือ); ความรุนแรงมักจะต่ำและลดลงเมื่อ Dv เพิ่มขึ้น การสั่น นางสาว. (อย่างแม่นยำมากขึ้นการสั่นสะเทือนและการหมุน) ได้รับการศึกษาโดยใช้สเปกโตรมิเตอร์ IR และสเปกโตรมิเตอร์ฟูริเยร์และรามานสเปกตรัมจะศึกษาโดยใช้สเปกโตรกราฟที่มีรูรับแสงสูง (สำหรับพื้นที่ที่มองเห็นได้) โดยใช้การกระตุ้นด้วยเลเซอร์ เมื่อ D? El \u003d 0 และ D? Count \u003d 0 พวกมันจะเปิดออกอย่างหมดจด spectra ประกอบด้วย dep. เส้น พวกมันสังเกตเห็นได้ในสเปกตรัมการดูดกลืนในพื้นที่ IR ไกลและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณไมโครเวฟเช่นเดียวกับในสเปกตรัมของรามาน สำหรับโมเลกุลไตรอะตอมเชิงเส้นแบบไดอะตอมและโมเลกุลไม่เชิงเส้นที่สมมาตรเพียงพอเส้นเหล่านี้จะมีความห่างเท่ากัน (ในระดับความถี่) จากกันและกัน

หมุนหมด นางสาว. ได้รับการศึกษาโดยใช้ IR สเปกโตรมิเตอร์แบบพิเศษ การเลี้ยวเบน กริด (echelettes), ฟูริเยร์สเปกโตรมิเตอร์, สเปกโตรมิเตอร์ที่ใช้หลอดไฟย้อนคลื่น, ไมโครเวฟ (ไมโครเวฟ) สเปกโตรมิเตอร์ (ดูข้อมูลจำเพาะของ SUBMILLIMETER, MICROWAVE SPECTROSCOPY) และหมุน รามานสเปกตรัม - ใช้สเปกโตรมิเตอร์ที่มีรูรับแสงสูง

วิธีการของโมเลกุลสเปกโทรสโกปีจากการศึกษาของ M. of page ทำให้สามารถแก้ปัญหาต่างๆทางเคมีได้ อิเล็กทรอนิกส์ M. s. ให้ข้อมูลเกี่ยวกับเปลือกอิเล็กตรอนระดับพลังงานที่ตื่นเต้นและลักษณะของพวกมันเกี่ยวกับพลังงานการแยกตัวของโมเลกุล (โดยการบรรจบกันของระดับพลังงานกับขอบเขตการแยกตัว) การวิจัยกำลังส่าย สเปกตรัมช่วยให้คุณสามารถค้นหาความถี่การสั่นสะเทือนที่สอดคล้องกับการมีอยู่ของสารเคมีบางประเภทในโมเลกุล พันธะ (ตัวอย่างเช่นพันธะคู่และสามพันธะ C-C พันธะ C-H, N-H สำหรับโมเลกุลอินทรีย์) กำหนดช่องว่าง โครงสร้างเพื่อแยกความแตกต่างระหว่างไอโซเมอร์ของซิสและทรานส์ (ดู ISOMERIA OF MOLECULES) วิธีการของอินฟราเรดสเปกโทรสโกปีเป็นที่แพร่หลายโดยเฉพาะซึ่งเป็นหนึ่งในออปติคอลที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด วิธีการศึกษาโครงสร้างของโมเลกุล พวกเขาให้ข้อมูลที่สมบูรณ์ที่สุดร่วมกับวิธีการของ DAC spectroscopy การวิจัยกำลังหมุน สเปกตรัมและยังหมุน โครงสร้างเป็นแบบอิเล็กทรอนิกส์และสั่นสะเทือน นางสาว. อนุญาตให้ใช้ช่วงเวลาแห่งความเฉื่อยของโมเลกุลที่พบจากประสบการณ์เพื่อค้นหาด้วยความแม่นยำสูงพารามิเตอร์ของการกำหนดค่าสมดุล - ความยาวพันธะและมุมพันธะ เพื่อเพิ่มจำนวนพารามิเตอร์ที่กำหนดจะมีการตรวจสอบสเปกตรัมไอโซโทป โมเลกุล (โดยเฉพาะอย่างยิ่งโมเลกุลที่ไฮโดรเจนถูกแทนที่ด้วยดิวทีเรียม) ซึ่งมีพารามิเตอร์ของการกำหนดค่าสมดุลเหมือนกัน แต่ ธ.ค. ช่วงเวลาแห่งความเฉื่อย

นางสาว. ยังใช้ในการวิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อกำหนดองค์ประกอบของเกาะ

• - ผลึกเกิดจากโมเลกุลที่เชื่อมต่อกันโดยกองกำลังของแวนเดอร์วาลส์ที่อ่อนแอหรือพันธะไฮโดรเจน ...

  สารานุกรมทางกายภาพ

• - ในเคมีควอนตัมชื่อของนิพจน์อินทิกรัลซึ่งใช้ในการเขียนสมการSchrödingerอิเล็กทรอนิกส์ในรูปแบบเมทริกซ์ซึ่งกำหนดฟังก์ชันคลื่นอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลอิเล็กตรอนหลายตัว ...

  สารานุกรมเคมี

• - สร้างขึ้นจากวาเลนซ์เสาร์อย่างเป็นทางการ โมเลกุลเนื่องจากแรงของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล ...

  สารานุกรมเคมี

• - เกิดจากโมเลกุลที่ถูกมัดโดยกองกำลังของ Van der Waals ภายในโมเลกุลอะตอมเชื่อมโยงกันด้วยพันธะที่แข็งแกร่งกว่ามาก ...

  สารานุกรมเคมี

• - การแสดงภาพของโมเลกุล org และ inorg สารประกอบซึ่งทำให้สามารถตัดสินการจัดเรียงร่วมกันของอะตอมที่รวมอยู่ในโมเลกุล ...

  สารานุกรมเคมี

• - สเปกตรัมของการปล่อยและการดูดซับแม่เหล็กไฟฟ้า การฉายรังสีและการรวมกัน ...

  สารานุกรมเคมี

• - ดูที่เกี่ยวข้องบางส่วน ...
• - แรงของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลซึ่งกำหนดขึ้นอยู่กับเงื่อนไขภายนอกสถานะการรวมตัวของสารหนึ่งหรือสถานะอื่นและคุณสมบัติทางกายภาพอื่น ๆ อีกมากมาย ...

  พจนานุกรมอุทกธรณีวิทยาและธรณีวิทยาวิศวกรรม

• - สเปกตรัมของการดูดกลืนแสงการแผ่รังสีและการกระเจิงของแสงแบบรามานที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลจากระดับพลังงานหนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่ง นางสาว. ประกอบด้วยลายเส้นกว้างมากหรือน้อยภาพ ...

  พจนานุกรมสารพัดช่างสารานุกรมใหญ่

• - บทความแอคทูเอเตอร์มอเตอร์ทางชีววิทยาวัตถุนาโนทางชีวภาพระบบจุลภาคทางการแพทย์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าไบโอโพลิเมอร์การจัดส่งยาห้องปฏิบัติการสำหรับชิปอนุภาคนาโนอเนกประสงค์ ...

  พจนานุกรมสารานุกรมนาโนเทคโนโลยี

• - ออปติคอล การแผ่รังสีการดูดซับและการกระจายสเปกตรัมที่เป็นของโมเลกุลอิสระหรือมีพันธะที่อ่อนแอ ...

  วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ. พจนานุกรมสารานุกรม

• - ข้อผิดพลาดในการเผาผลาญที่มีมา แต่กำเนิดโรคที่เกิดจากความผิดปกติของการเผาผลาญทางพันธุกรรม คำว่าม. ข.” เสนอโดยนักเคมีชาวอเมริกัน L. Pauling ...
• - ผลึกเกิดจากโมเลกุลที่เชื่อมต่อกันโดยกองกำลังของแวนเดอร์วาลส์หรือพันธะไฮโดรเจนที่อ่อนแอ พันธะโควาเลนต์ที่แข็งแรงกว่าทำหน้าที่ระหว่างอะตอมภายในโมเลกุล ...

  สารานุกรมแห่งสหภาพโซเวียตที่ยิ่งใหญ่

• - สเปกตรัมของการแผ่รังสีและการดูดกลืนแสงเช่นเดียวกับการกระเจิงของแสงแบบรามานซึ่งเป็นของโมเลกุลอิสระหรือมีพันธะที่อ่อนแอ นางสาว. มีโครงสร้างที่ซับซ้อน ...

  สารานุกรมแห่งสหภาพโซเวียตที่ยิ่งใหญ่

• - สเปกตรัมแสงของการปล่อยการดูดกลืนและการกระเจิงของแสงที่เป็นของโมเลกุลอิสระหรือที่มีพันธะอ่อน ...

  พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่

• - หรือการกระทำบางส่วน ...