Moleküler spektrumların genel özellikleri. Moleküler spektrumlar Moleküler spektrumlar

MOLEKÜLER SPEKTRAelektromagnın emisyon ve absorpsiyon spektrumları. radyasyon ve kombinasyonlar. serbest veya zayıf bağlanmış moleküllere ait ışık saçılması. Spektrumun X-ışını, UV, görünür, IR ve radyo dalgası (mikrodalga dahil) bölgelerinde bir dizi bant (çizgiler) gibi görünürler. Bantların (çizgilerin) emisyon (moleküler emisyon spektrumları) ve absorpsiyon (moleküler absorpsiyon spektrumları) spektrumlarındaki konumu, v frekansları (dalga boyları l \u003d c / v, burada c ışık hızıdır) ve dalga numaraları \u003d 1 / l ile karakterize edilir; E "ve E enerjileri arasındaki farkla belirlenir: aralarında kuantum geçişinin gerçekleştiği molekül durumları:

(h, Planck sabiti). Kombinasyonlarla. saçılma, hv'nin değeri olay ve saçılan fotonların enerjileri arasındaki farka eşittir. Bantların (çizgilerin) yoğunluğu, belirli bir tipteki moleküllerin sayısı (konsantrasyonu), E "ve E: enerji seviyelerinin popülasyonu ve karşılık gelen geçiş olasılığı ile ilgilidir.

Radyasyon emisyonu veya absorpsiyonu ile geçiş olasılığı, öncelikle matris eleman elektrinin karesiyle belirlenir. geçişin dipol momenti ve daha kesin bir düşünceyle - ve matris elemanlarının kareleri magn. ve elektrik. bir molekülün dört kutuplu momentleri (bkz. Kuantum geçişleri). Kombinasyonlarla. Işık saçılmasında, geçiş olasılığı, molekülün geçişinin indüklenen (indüklenen) dipol momentinin matris elemanı ile ilgilidir, yani. molekül polarize edilebilirliğinin matris elemanı ile.

İskelenin durumları Aralarındaki geçişler belirli moleküler spektrumlar şeklinde tezahür eden sistemler, farklı bir yapıya sahiptir ve enerjide büyük ölçüde farklılık gösterir. Belirli türlerin enerji seviyeleri birbirinden uzakta bulunur, böylece geçişler sırasında molekül yüksek frekanslı radyasyonu emer veya yayar. Diğer doğanın seviyeleri arasındaki mesafe küçüktür ve bazı durumlarda, dış yokluğunda. düzey alanları birleşir (dejenere). Küçük enerji farklılıklarında, düşük frekans bölgesinde geçişler gözlenir. Örneğin, belirli elementlerin atomlarının çekirdeklerinin kendine ait bir özelliği vardır. magn. an ve elektrik. spinle ilgili dört kutuplu moment. Elektronlarda ayrıca magn vardır. dönüşleriyle ilişkili an. Ext yokluğunda. yönlendirme alanı magn. anlar keyfi, yani nicelleştirilmezler ve karşılık gelen enerjiktir. eyaletler dejenere. Ext üst üste bindirirken. kalıcı magn. alan, dejenerelik kaldırılır ve spektrumun radyo frekansı bölgesinde gözlenen enerji seviyeleri arasında geçişler mümkündür. NMR ve EPR spektrumları bu şekilde ortaya çıkar (bkz. Nükleer manyetik rezonans, Elektron paramanyetik rezonans).

Kinetik dağılım iskeleden yayılan elektronların enerjileri. X-ışını veya sert UV radyasyonuna maruz kalmanın bir sonucu olarak sistemler, bir X-ışını verirspektroskopi ve fotoelektron spektroskopisi. Ek iskelede işlemler. Sistem, ilk uyarımın neden olduğu diğer spektrumların ortaya çıkmasına neden olur. Böylece Auger spektrumları gevşemenin bir sonucu olarak ortaya çıkar. ext'den bir elektronun yakalanması. kabuk k.-l. boş int üzerindeki atom. kabuk ve salınan enerji dönüştürülür. kinetik olarak. başka bir elektronun enerjisi ext. bir atom tarafından yayılan kabuk. Bu durumda, nötr bir molekülün belirli bir durumundan bir iskele durumuna bir kuantum geçişi gerçekleşir. iyon (Auger spektroskopisine bakınız).

Geleneksel olarak, yalnızca optik spektrumlarla ilişkili spektrumlara uygun moleküler spektrumlar denir. elektron-titreşim-dönme arasındaki geçişler, molekülün üç temel ile ilişkili enerji seviyeleri. enerjik türleri. molekül seviyeleri - elektronik E el, titreşimsel E sayımı ve dönme E vr, üç tip iç türe karşılık gelir. moleküldeki hareket. Belirli bir elektronik durumda molekülün denge konfigürasyonunun enerjisi E el olarak alınır. Bir molekülün olası elektronik durumları kümesi, elektronik kabuğunun özellikleri ve simetrisi tarafından belirlenir. Salınım. Her bir elektronik durumdaki denge konumlarına göre bir moleküldeki çekirdeklerin hareketleri, birkaçında titreşecek şekilde nicelendirilir. serbestlik derecesi, karmaşık bir titreşim sistemi oluşur. enerji seviyeleri E sayılır. Molekülün bir bütün olarak katı bir bağlı çekirdek sistemi olarak dönmesi, dönme ile karakterize edilir. hareket momenti sayılır, to-ry nicelenir, döndürme oluşturur. durumlar (dönme enerji seviyeleri) E zamanı. Genellikle elektronik geçişlerin enerjisi birkaç mertebesindedir. eV, titreşim-10 -2 ... 10 -1 eV, dönme-10-5 ... 10-3 eV.

Hangi enerji seviyelerinin emisyon, absorpsiyon veya kombinasyonlarla geçiş olduğuna bağlı olarak. saçılma elektromıknatıs. radyasyon - elektronik, titreşim. veya rotasyonel, elektronik ayırt etme, titreşim. ve rotasyonel moleküler spektrumlar. Elektronik spektrumlar, Titreşim spektrumları, Dönme spektrumları makaleleri, moleküllerin karşılık gelen durumları, kuantum geçişleri için seçim kuralları, mol yöntemleri hakkında bilgi sağlar. spektroskopinin yanı sıra moleküllerin hangi özellikleri m b. moleküler spektrumlardan elde edilir: Kutsal Ada ve elektronik hallerin simetrisi, titreşim. sabitler, ayrışma enerjisi, molekül simetrisi, dönme. sabit, atalet momentleri, geom. parametreler, elektrik dipol momentleri, yapı ve int ile ilgili veriler. kuvvet alanları, vb. Görünür ve UV bölgelerindeki elektronik soğurma ve lüminesans spektrumları dağıtım hakkında bilgi sağlar

1. Karmaşıklıkları ve çeşitliliği ile optik çizgi spektrumlarının aksine, çeşitli elementlerin X-ışını karakteristik spektrumları basit ve tek tiptir. Atom numarasının büyümesiyle Z eleman, monoton bir şekilde kısa dalga tarafına kaydırılırlar.

2. Farklı elementlerin karakteristik spektrumları benzer bir karaktere sahiptir (aynı tipte) ve bizi ilgilendiren unsur başkalarıyla bağlantılıysa değişmez. Bu sadece karakteristik spektrumların elektronların elektronlara geçişleri sırasında ortaya çıkmasıyla açıklanabilir. iç parçalaratom, benzer yapıya sahip parçalar.

3. Karakteristik spektrumlar birkaç seriden oluşur: K,L, M, ...Her seri az sayıda satırdan oluşur: KİME ve , K β , K γ , ... L a , L β , L y , ... azalan dalga boyu sırasına göre λ .

Karakteristik spektrumların analizi, atomların bir X-ışını terimleri sistemine sahip olduğunun anlaşılmasına yol açtı. K,L, M, ...(Şekil 13.6). Aynı şekil, karakteristik spektrumların görünümünün bir diyagramını göstermektedir. Bir atomun uyarılması, iç elektronlardan biri çıkarıldığında (yeterince yüksek enerjiye sahip elektronların veya fotonların etkisi altında) meydana gelir. İki elektrondan biri kaçarsa Kseviye (n \u003d 1), bu durumda boş yer daha yüksek bir seviyeden bir elektron tarafından işgal edilebilir: L, M, N, vb. Sonuç şudur: K-dizi. Diğer seriler de aynı şekilde ortaya çıkar: L, M,...

Dizi K,Şekil 13.6'dan görülebileceği gibi, buna kesinlikle kalan serinin görünümü eşlik eder, çünkü çizgileri yayıldığında, elektronlar seviyelerde salınır. L, Mve diğerleri, sırayla daha yüksek seviyelerden elektronlarla doldurulacak.

Moleküler spektrumlar. Moleküllerdeki bağ türleri, bir molekülün enerjisi, titreşim ve dönme hareketi enerjisi.

Moleküler spektrumlar.

Moleküler Spektrum - Optik emisyon ve absorpsiyon spektrumları ve ışığın Raman saçılması (Bkz. Raman ışık saçılması), serbest veya gevşek bağlı Molekülm. M. s. karmaşık bir yapıya sahip. Tipik M. s. - çizgili, bunlar, bir dizi yakın aralıklı çizgiler halinde kullanılan spektral enstrümanların yeterli çözme gücüyle bozunan ultraviyole, görünür ve yakın kızılötesi bölgelerde bir dizi az çok dar bantlar şeklinde emisyon ve absorpsiyonda ve Raman saçılmasında gözlenir. M. s'nin özel yapısı. farklı moleküller için farklıdır ve genel olarak konuşursak, bir moleküldeki atomların sayısındaki artışla daha karmaşık hale gelir. Oldukça karmaşık moleküller için, görünür ve ultraviyole spektrumları birkaç geniş sürekli banttan oluşur; bu tür moleküllerin spektrumları birbirine benzer.

Yukarıdaki varsayımlar altında hidrojen molekülleri için Schrödinger denkleminin çözümünden, enerji öz değerlerinin mesafeye bağımlılığı elde edilir. R çekirdekler arasında, yani E \u003dE(R).

Molekül enerjisi

nerede E el - çekirdeklere göre elektronların hareket enerjisi; E Miktar - çekirdek titreşimlerinin enerjisi (bunun sonucunda çekirdeklerin göreceli konumu periyodik olarak değişir); E dönme, çekirdeklerin dönme enerjisidir (bunun sonucunda molekülün uzaydaki yönelimi periyodik olarak değişir).

Formül (13.45), moleküllerin kütle merkezinin öteleme hareketinin enerjisini ve moleküldeki atom çekirdeklerinin enerjisini hesaba katmaz. Birincisi nicemlenmez; bu nedenle, değişiklikleri bir moleküler spektrumun ortaya çıkmasına yol açamaz ve ikincisi, spektral çizgilerin aşırı ince yapısı dikkate alınmazsa göz ardı edilebilir.

Kanıtlandı E e-posta \u003e\u003e E say \u003e\u003e E döndürmek E el ≈ 1 - 10 eV. İfadede (13.45) yer alan enerjilerin her biri nicelleştirilir ve bir dizi ayrı enerji seviyesi bunlara karşılık gelir. Bir enerji durumundan diğerine geçiş sırasında, enerji emilir veya yayılır Δ E = hν... Teori ve deneyden, dönme enerji seviyeleri arasındaki mesafenin Δ E dönme, titreşim seviyeleri arasındaki mesafeden çok daha azdır Δ E elektronik seviyeler arasındaki mesafeden daha az olan sayı Δ E e-posta

Moleküllerin yapısı ve enerji seviyelerinin özellikleri şu şekilde kendini gösterir: moleküler spektrumlar - moleküllerin enerji seviyeleri arasındaki kuantum geçişlerinden kaynaklanan emisyon (soğurma) spektrumları. Bir molekülün emisyon spektrumu, enerji seviyelerinin yapısı ve ilgili seçim kuralları tarafından belirlenir (örneğin, hem titreşim hem de dönme hareketine karşılık gelen kuantum sayılarındaki değişim ± 1'e eşit olmalıdır). Seviyeler arasında farklı geçiş türleri için farklı moleküler spektrum türleri ortaya çıkar. Moleküller tarafından yayılan spektral çizgilerin frekansları, bir elektronik seviyeden diğerine geçişlere karşılık gelebilir ( elektronik spektrumlar ) veya bir titreşim (dönme) seviyesinden diğerine [ titreşim (dönme) spektrumları ].

Ayrıca aynı değerlere sahip geçişler de mümkündür E Miktar ve E döndürmek üç bileşenin tümü için başka değerlere sahip olan düzeylere elektronik titreşim ve titreşim-dönme spektrumları ... Bu nedenle, moleküllerin spektrumu oldukça karmaşıktır.

Tipik moleküler spektra - çizgili morötesi, görünür ve kızılötesi bölgelerdeki az çok dar bantların bir kombinasyonudur. Yüksek çözünürlüklü spektral enstrümanlar kullanılarak, bantların çözülmesinin zor olduğu kadar yakın aralıklı çizgiler olduğu görülebilir.

Moleküler spektrumların yapısı, farklı moleküller için farklıdır ve bir moleküldeki atom sayısındaki artışla daha karmaşık hale gelir (yalnızca sürekli geniş bantlar gözlenir). Yalnızca çok atomlu moleküller titreşim ve dönme spektrumlarına sahipken, iki atomlu moleküller yoktur. Bu, diatomik moleküllerin dipol momentlerine sahip olmamasıyla açıklanmaktadır (titreşim ve dönme geçişleri sırasında, geçiş olasılığının sıfırdan farklı olması için gerekli bir koşul olan dipol momentinde herhangi bir değişiklik olmaması).

Moleküler spektrumlar, moleküllerin yapısını ve özelliklerini incelemek için kullanılır, moleküler spektral analiz, lazer spektroskopi, kuantum elektroniği vb.

MOLEKÜLLERDE TAHVİL ÇEŞİTLERİ Kimyasal bağ - etkileşim olgusu atomlarörtüşen elektronik bulutlar bir azalma ile birlikte bağlanan parçacıklar tam Enerji sistemleri. İyonik bağ - dayanıklı kimyasal bağbüyük bir farkla atomlar arasında oluşur elektronegatifliklertoplamda elektron çifti daha büyük elektronegatiflik ile atoma tamamen geçer.Bu, iyonların zıt yüklü cisimler olarak çekimidir. Elektronegatiflik (χ) - atomun temel kimyasal özelliği, yeteneğin niceliksel özelliği atom içinde molekül yerinden etmek ortak elektronik çiftler. Kovalent bağ (atomik bağ, homeopolar bağ) - kimyasal bağbir çiftin örtüşmesi (sosyalleşmesi) ile oluşur valans elektronik bulutlar... İletişimi sağlayan elektronik bulutlara (elektronlar) ortak elektronik çift. Hidrojen bağı - arasındaki bağlantı elektronegatif atom ve hidrojen atomu Hilişkili kovalent olarak diğeriyle birlikte elektronegatif atom. Metal bağ - kimyasal bağnispeten özgür olması nedeniyle elektronlar... Her ikisi de temiz için tipik metallerve onların alaşımlar ve intermetalik bileşikler.

Işığın Raman saçılması.

bu, dağılan ışığın frekansında gözle görülür bir değişikliğin eşlik ettiği ışığın bir madde tarafından saçılmasıdır. Kaynak bir çizgi spektrumu yayarsa, K'da p. itibaren. Saçılmış ışık spektrumunda, sayısı ve konumu maddenin moleküler yapısıyla yakından ilgili olan ek çizgiler bulunur. K. p. itibaren. birincil ışık akısının dönüşümüne genellikle saçılma moleküllerinin diğer titreşim ve dönme seviyelerine geçişi eşlik eder. , dahası, saçılma spektrumundaki yeni çizgilerin frekansları, gelen ışığın frekansı ile saçılan moleküllerin titreşim ve dönme geçişlerinin frekanslarının birleşimidir - dolayısıyla adı. "KİM. R. itibaren. ".

K. p spektrumlarını gözlemlemek için. itibaren. İncelenen nesneye yoğun bir ışık demeti yoğunlaştırmak gerekir. Bir cıva lambası en çok heyecan verici bir ışık kaynağı olarak ve 60'lardan beri kullanılmaktadır. - lazer ışını. Saçılan ışık odaklanır ve K. p spektrumunun bulunduğu spektrografa girer. itibaren. fotoğrafik veya fotoelektrik yöntemlerle kaydedildi.

Kimyasal bağlar ve moleküler yapı.

Molekül - birbirine bağlı aynı veya farklı atomlardan oluşan bir maddenin en küçük parçacığı kimyasal bağlarve temel kimyasal ve fiziksel özelliklerinin taşıyıcısıdır. Kimyasal bağlar, atomların dış değerlik elektronlarının etkileşiminden kaynaklanır. Çoğu zaman moleküllerde iki tür bağ vardır: iyonik ve kovalent.

İyonik bağ (örneğin moleküllerde NaCl, KBr) bir elektronun bir atomdan diğerine geçişi sırasında atomların elektrostatik etkileşimi ile gerçekleştirilir, yani. pozitif ve negatif iyonların oluşumu ile.

Kovalent bir bağ (örneğin, H2, C2, CO moleküllerinde), valans elektronları iki komşu atom tarafından paylaşıldığında oluşur (değerlik elektronlarının spinleri antiparalel olmalıdır). Kovalent bağ, aynı parçacıkların, örneğin bir hidrojen molekülündeki elektronların ayırt edilemezliği ilkesi temelinde açıklanır. Parçacıkların ayırt edilemezliği, değişim etkileşimi.

Bir molekül bir kuantum sistemidir; bir moleküldeki elektronların hareketini, bir moleküldeki atomların titreşimlerini, bir molekülün dönüşünü hesaba katan Schrödinger denklemi ile tanımlanır. Bu denklemi çözmek çok zor bir problemdir ve genellikle ikiye ayrılır: elektronlar ve çekirdekler için. İzole edilmiş molekül enerjisi:

elektronların çekirdeklere göre hareket enerjisi nerede, çekirdeklerin titreşimlerinin enerjisidir (bunun bir sonucu olarak çekirdeklerin göreceli konumu periyodik olarak değişir), çekirdeklerin dönme enerjisidir (bunun sonucunda molekülün uzaydaki yönelimi periyodik olarak değişir). Formül (13.1), molekülün kütle merkezinin öteleme hareketinin enerjisini ve molekül içindeki atomların çekirdeklerinin enerjisini hesaba katmaz. Bunlardan ilki nicemlenmez; bu nedenle, değişiklikleri bir moleküler spektrumun ortaya çıkmasına neden olamaz ve ikincisi, spektral çizgilerin aşırı ince yapısı dikkate alınmazsa göz ardı edilebilir. EV'nin, eV, eV, bu nedenle \u003e\u003e\u003e\u003e.

İfadede (13.1) yer alan enerjilerin her biri nicelleştirilir (bir dizi ayrı enerji seviyesi ona karşılık gelir) ve kuantum sayıları ile belirlenir. Bir enerji durumundan diğerine geçişte, D enerjisi emilir veya yayılır. E \u003d hv.Bu tür geçişler sırasında elektronların hareket enerjisi, titreşim ve dönme enerjisi aynı anda değişir. Teori ve deneyden, dönme enerjisi seviyeleri D arasındaki mesafenin, titreşim seviyeleri D arasındaki mesafeden çok daha az olduğu ve bu da elektronik seviyeler D arasındaki mesafeden daha az olduğu sonucuna varılmıştır. - kalın çizgilerle gösterilmiştir).

Moleküllerin yapısı ve enerji seviyelerinin özellikleri şu şekilde kendini gösterir: moleküler spektrumlar– moleküllerin enerji seviyeleri arasındaki kuantum geçişlerinden kaynaklanan emisyon (absorpsiyon) spektrumları. Bir molekülün emisyon spektrumu, enerji seviyelerinin yapısı ve ilgili seçim kuralları tarafından belirlenir.

Bu nedenle, seviyeler arasındaki farklı geçiş türleri için farklı moleküler spektrum türleri ortaya çıkar. Moleküller tarafından yayılan spektral çizgilerin frekansları, bir elektronik seviyeden diğerine geçişlere karşılık gelebilir. (elektronik spektrumlar) veya bir titreşim (dönme) seviyesinden diğerine ( titreşim (dönme) spektrumlarıAyrıca aynı değerlere sahip geçişler de mümkündür ve üç bileşenin tümü için başka değerlere sahip olan düzeylere elektronik-titreşim ve titreşim-dönme spektrumları.

Tipik moleküler spektrumlar, morötesi, görünür ve kızılötesi bölgelerdeki az çok dar bantların bir koleksiyonunu temsil eden şeritlidir.

Yüksek çözünürlüklü spektral enstrümanlar kullanılarak, bantların çözülmesinin zor olduğu kadar yakın aralıklı çizgiler olduğu görülebilir. Moleküler spektrumların yapısı, farklı moleküller için farklıdır ve bir moleküldeki atom sayısındaki artışla daha karmaşık hale gelir (yalnızca sürekli geniş bantlar gözlenir). Yalnızca çok atomlu moleküller titreşim ve dönme spektrumlarına sahipken, iki atomlu moleküller yoktur. Bu, diatomik moleküllerin dipol momentlerine sahip olmamasıyla açıklanmaktadır (titreşim ve dönme geçişleri sırasında, geçiş olasılığının sıfırdan farklı olması için gerekli bir koşul olan dipol momentinde herhangi bir değişiklik olmaması). Moleküler spektrumlar, moleküllerin yapısını ve özelliklerini incelemek için kullanılır, moleküler spektral analiz, lazer spektroskopi, kuantum elektroniği vb.

Ders numarası 6

Molekül enerjisi

Atom kimyasal özellikleri olan bir kimyasal elementin en küçük parçacığıdır.

Bir atom, pozitif yüklü bir çekirdek ve kendi alanında hareket eden elektronlardan oluşur. Çekirdeğin yükü, tüm elektronların yüküne eşittir. İyon belirli bir atoma, atomlardan elektronların kaybedilmesi veya kazanılmasıyla oluşan elektrik yüklü parçacık denir.

Molekültemel kimyasal özelliklere sahip homojen bir maddenin en küçük parçacığı olarak adlandırılır.

Moleküller, atomlar arası kimyasal bağlarla birbirine bağlanan aynı veya farklı atomlardan oluşur.

Elektriksel olarak nötr atomların neden kararlı bir molekül oluşturabileceğinin nedenlerini anlamak için, kendimizi iki özdeş veya farklı atomdan oluşan en basit iki atomlu molekülleri düşünmekle sınırlıyoruz.

Bir molekülde bir atomu tutan kuvvetler, dış elektronların etkileşiminden kaynaklanır. Atomlar bir moleküle dönüştüğünde iç kabukların elektronları önceki hallerinde kalırlar.

Atomlar birbirinden çok uzaktaysa, birbirleriyle etkileşime girmezler. Atomlar birbirlerine yaklaştıklarında, karşılıklı çekim kuvvetleri artar. Atomların boyutuyla karşılaştırılabilir mesafelerde, bir atomun elektronlarının başka bir atomun elektron kabuklarına çok derinlemesine nüfuz etmesine izin vermeyen karşılıklı itme kuvvetleri ortaya çıkar.

İtme kuvvetleri, yerçekiminden daha "kısa menzilli" dir. Bu, atomlar arasındaki mesafe arttıkça itme kuvvetlerinin çekici kuvvetlerden daha hızlı azaldığı anlamına gelir.

Çekim kuvveti, itme kuvveti ve atomlar arasında ortaya çıkan etkileşim kuvvetinin uzaklığın bir fonksiyonu olarak bağımlılığının grafiği şu şekildedir:

Bir moleküldeki elektronların etkileşim enerjisi, atom çekirdeğinin karşılıklı düzenlenmesi ile belirlenir ve mesafenin bir fonksiyonudur, yani

Tüm molekülün toplam enerjisi, hareketli çekirdeklerin kinetik enerjisini de içerir.

Bu nedenle

Bu, çekirdeklerin etkileşiminin potansiyel enerjisi olduğu anlamına gelir.

Daha sonra iki atomlu bir moleküldeki atomların etkileşim gücünü temsil eder.

Buna göre, bir moleküldeki atomların potansiyel etkileşim enerjisinin atomlar arasındaki mesafeye bağımlılığının grafiği şu şekildedir:

Bir moleküldeki denge atomları arası mesafeye denir bağlantı uzunluğu... D miktarı denir molekülün ayrışma enerjisi veya iletişim enerjisi.Atomların kimyasal bağlarını moleküllere ayırmak ve atomlar arası kuvvetler aralığının dışına çıkarmak için yapılması gereken işe sayısal olarak eşittir. Ayrışma enerjisi, bir molekülün oluşumu sırasında salınan enerjiye eşittir, ancak işarette zıttır. Ayrışma enerjisi negatiftir ve bir molekül oluşumu sırasında açığa çıkan enerji pozitiftir.

Bir molekülün enerjisi, çekirdeklerin hareketinin doğasına bağlıdır. Bu hareket öteleme, dönme ve salınım olarak ikiye ayrılabilir. Bir moleküldeki atomlar ile moleküllere sağlanan yeterince büyük hacimli kaplar arasındaki küçük mesafelerde, öteleme enerjisi sürekli bir spektruma sahiptir ve ortalama değeri yani.

Dönme enerjisiayrık bir spektruma sahiptir ve değerleri alabilir

ben dönel kuantum sayısıdır;

J, molekülün eylemsizlik momentidir.

Salınımlı enerji ayrıca ayrık bir spektruma sahiptir ve değerleri alabilir

titreşimsel kuantum sayısı nerede;

Bu tür titreşimin doğal frekansıdır.

En düşük titreşim seviyesinde sıfır enerji vardır

Kinetik enerji formu, dönme ve öteleme hareketinin enerjisine ve titreşim hareketinin potansiyel enerjisine karşılık gelir. Sonuç olarak, iki atomlu bir molekülün titreşim hareketinin enerji adımları, bir bağımlılık grafiği üzerinde gösterilebilir.

İki atomlu bir molekülün dönme hareketinin enerji adımları benzer şekilde yerleştirilmiştir, yalnızca aralarındaki mesafe aynı titreşimsel hareket adımlarından çok daha azdır.

Ana atomlararası bağ türleri

Atomlar arasında iki tür bağ vardır: iyonik (veya heteropolar) ve kovalent (veya homeopolar).

İyonik bağ Moleküldeki elektronların, çekirdeklerden birinin yakınında bir fazlalık oluşacak ve bunların eksikliğinin diğerine yakın olacak şekilde düzenlendiği durumlarda gerçekleşir. Böylece molekül, olduğu gibi, birbirini çeken iki zıt işaret iyonundan oluşur. İyonik bağlara sahip moleküllere bir örnek: NaCl, KCl, RbF, CsJ vb. elementlerin atomlarının bağlanmasıyla oluşur beninci ve ViiMendeleev'in periyodik sisteminin -th grubu. Bu durumda, kendisine bir veya daha fazla elektron ekleyen bir atom negatif bir yük alarak negatif bir iyon haline gelir ve karşılık gelen elektron sayısını bırakan bir atom pozitif bir iyona dönüşür. Pozitif ve negatif iyon yüklerinin toplamı sıfırdır. Bu nedenle iyonik moleküller elektriksel olarak nötrdür. Molekülün kararlılığını sağlayan kuvvetler doğası gereği elektrikseldir.

İyonik bağın gerçekleşmesi için, elektron ayrılma enerjisinin, yani pozitif bir iyon yaratma işinin, negatif iyonların oluşumu sırasında açığa çıkan enerjinin toplamından ve karşılıklı çekimlerinin enerjisinden daha az olması gerekir.

Nötr bir atomdan pozitif bir iyon oluşumunun, elektron kabuğunda yerleşik elektronların birikmeye başlayan bir kopması olduğunda en az işi gerektirdiği oldukça açıktır.

Öte yandan, en büyük enerji, elektron kabuğunu doldurmak için bir elektron eksik olan halojen atomlarına bir elektron eklendiğinde açığa çıkar. Bu nedenle, böyle bir elektron transferinde iyonik bir bağ oluşur, bu da oluşan iyonlarda dolu elektron kabuklarının oluşmasına yol açar.

Başka bir bağlantı türü kovalent bağ.

Özdeş atomlardan oluşan moleküllerin oluşumu ile zıt yüklü iyonların ortaya çıkması imkansızdır. Bu nedenle iyonik bağ imkansızdır. Oysa doğada molekülleri aynı atomlardan oluşan maddeler vardır. H 2, O 2, N 2 vb. Bu tür maddelerdeki bağ denir kovalent veya homeopolar (homeo - farklı [Yunanca]). Ek olarak, farklı atomlara sahip moleküllerde de kovalent bir bağ gözlenir: hidrojen florür HF, nitrik oksit HAYIR, metan CH 4 vb.

Kovalent bağın doğası ancak kuantum mekaniği temelinde açıklanabilir. Kuantum mekaniği açıklaması, elektronun dalga doğasına dayanmaktadır. Atomun dış elektronlarının dalga fonksiyonu, atomun merkezinden uzaklaştıkça aniden kırılmaz, yavaş yavaş azalır. Atomlar birbirine yaklaştığında, dış elektronların dağınık elektron bulutları kısmen üst üste binerek deformasyonlarına yol açar. Elektronların durumundaki değişimin doğru bir şekilde hesaplanması, etkileşime katılan tüm parçacıkların sistemi için Schrödinger dalga denkleminin çözümünü gerektirir. Bu yolun karmaşıklığı ve hantallığı, kendimizi burada yalnızca fenomenlerin niteliksel bir değerlendirmesiyle sınırlamaya zorlar.

En basit durumda s-elektronun durumu, elektron bulutu, belirli bir yarıçapa sahip bir küredir. Kovalent bir moleküldeki her iki elektron, önceden çekirdeğe ait olan elektron 1'i değiştirecek şekilde yer değiştirirse ve", Will çekirdeğe ait olan elektron 2'nin yerini alacak" b ",ve elektron 2 ters geçişi yapacak, ardından kovalent molekül durumunda hiçbir şey değişmeyecektir.

Pauli ilkesi, iki elektronun zıt dönüşlerle aynı durumda bulunmasına izin verir. Her iki elektronun da konumlandırılabildiği bölgelerin birleşmesi, aralarında özel bir kuantum mekaniğinin ortaya çıkması anlamına gelir. değişim etkileşimi... Bu durumda, bir moleküldeki elektronların her biri dönüşümlü olarak bir veya diğer çekirdeğe ait olabilir.

Hesaplamalar, bir molekülün değişim enerjisinin, etkileşen elektronların dönüşleri paralel ise pozitif, paralel değilse negatif olduğunu göstermektedir.

Dolayısıyla, kovalent bağ türü, ters dönüşlere sahip bir çift elektron tarafından sağlanır. İyonik bağda, elektronların bir atomdan diğerine aktarılması sorunu olsaydı, o zaman burada bağlantı elektronların genelleştirilmesi ve hareketleri için ortak bir alan yaratılmasıyla gerçekleştirilir.

Moleküler Spektrumlar

Moleküler spektrumlar atomik olanlardan çok farklıdır. Atomik spektrumlar ayrı ayrı çizgilerden oluşurken, moleküler spektrumlar bir kenarda keskin, diğerinde bulanık bantlardan oluşur. Bu nedenle moleküler spektrumlar da denir çizgili tayf.

Moleküler spektrumdaki bantlar elektromanyetik dalgaların kızılötesi, görünür ve ultraviyole frekans aralıklarında gözlemlenir. Bu durumda, şeritler bir dizi şerit oluşturan belirli bir sırayla düzenlenir. Spektrum, bir dizi seriyi içerir.

Kuantum mekaniği, moleküler spektrumların doğasını açıklar. Çok atomlu moleküllerin spektrumlarının teorik yorumu çok karmaşıktır. Kendimizi sadece iki atomlu molekülleri düşünmekle sınırlayacağız.

Daha önce, bir molekülün enerjisinin atom çekirdeğinin hareketinin doğasına bağlı olduğunu belirttik ve bu enerjinin üç türünü belirledik: öteleme, dönme ve titreşim. Ek olarak, bir molekülün enerjisi de elektronların hareketinin doğası tarafından belirlenir. Bu tür enerjiye elektronik enerji ve molekülün toplam enerjisinin bir bileşenidir.

Dolayısıyla molekülün toplam enerjisi:

Öteleme enerjisindeki bir değişiklik, moleküler spektrumda bir spektral çizginin ortaya çıkmasına yol açamaz; bu nedenle, bu tür enerjiyi moleküler spektrumları daha fazla göz önünde bulundurarak hariç tutacağız. Sonra

Bohr frekans kuralına göre ( III–bohr'un varsayımı), enerji durumu değiştiğinde bir molekül tarafından yayılan bir kuantumun frekansı

Deneyim ve teorik çalışmalar göstermiştir ki

Bu nedenle, zayıf heyecanlarla, yalnızca daha güçlü -, daha güçlü - ile değişir. Çeşitli moleküler spektrum türlerini daha ayrıntılı olarak tartışalım.

Moleküllerin dönme spektrumu

Küçük enerji bölümlerinden elektromanyetik dalgaların emilimini araştırmaya başlayalım. Enerji kuantumunun büyüklüğü en yakın iki seviye arasındaki mesafeye eşit olana kadar molekül soğurmayacaktır. Frekansı kademeli olarak artırarak, bir molekülü bir dönüş adımından diğerine kaldırabilen kuantumlara ulaşacağız. Bu, 0.1-1 mm mertebesinde kızılötesi bölgede meydana gelir.

-nci ve -nci enerji seviyelerindeki dönme kuantum sayısının değerleri nerede ve bunlar.

Dönel kuantum sayıları ve değerleri olabilir, örn. olası değişiklikleri seçim kuralı ile sınırlıdır

Bir kuantumun bir molekül tarafından soğurulması, onu bir dönme enerjisi düzeyinden diğerine, daha yüksek olana aktarır ve dönme soğurma spektrumunun bir spektral çizgisinin ortaya çıkmasına neden olur. Dalga boyu azaldıkça (yani sayı değiştikçe), bu bölgede absorpsiyon spektrumunun yeni çizgileri belirir. Tüm çizgiler kümesi, molekülün dönme enerji durumlarının dağılımı hakkında bir fikir verir.

Şimdiye kadar bir molekülün absorpsiyon spektrumunu düşündük. Molekülün emisyon spektrumu da mümkündür. Rotasyonel emisyon spektrumundaki çizgilerin görünümü, molekülün üst rotasyonel enerji seviyesinden alt seviyeye geçişi ile ilişkilidir.

Rotasyonel spektrumlar, basit moleküllerde atomlar arası mesafeleri büyük bir doğrulukla belirlemeyi mümkün kılar. Atalet momentini ve atomların kütlelerini bilerek atomlar arasındaki mesafeleri belirlemek mümkündür. İki atomlu bir molekül için

Moleküllerin titreşim-dönme spektrumu

Kızılötesi bölgedeki elektromanyetik dalgaların bir madde tarafından mikron dalga boyunda emilmesi, titreşim enerji seviyeleri arasında geçişlere neden olur ve molekülün titreşim spektrumunun ortaya çıkmasına neden olur. Bununla birlikte, bir molekülün titreşim enerjisi seviyeleri değiştiğinde, dönme enerjisi durumları da değişir. İki titreşim enerjisi seviyesi arasındaki geçişlere, dönme enerji durumlarında bir değişiklik eşlik eder. Bu, molekülün titreşim-dönme spektrumuna yol açar.

Bir molekül aynı anda titreşir ve dönerse, enerjisi iki kuantum sayısıyla belirlenir ve:

Her iki kuantum sayısının seçim kurallarını hesaba katarak, titreşim-dönme spektrumunun frekansları için aşağıdaki formülü elde ederiz (önceki formül / h ve önceki enerji seviyesini, yani parantez içindeki terimleri):

Bu durumda, (+) işareti, daha düşük bir dönme düzeyinden daha yüksek bir dönme düzeyine geçişlere karşılık gelir ve (-) işareti ise zıt konuma karşılık gelir. Frekansın titreşim kısmı, bandın bulunduğu spektral bölgeyi belirler; dönme kısmı şeridin ince yapısını belirler, yani bireysel spektral çizgilerin bölünmesi.

Klasik kavramlara göre, iki atomlu bir molekülün dönüşü veya titreşimi, ancak molekül sıfır olmayan bir dipol momentine sahipse elektromanyetik dalgaların yayılmasına neden olabilir. Bu durum yalnızca iki farklı atomun oluşturduğu moleküller için sağlanır, yani. asimetrik moleküller için.

Özdeş atomlardan oluşan simetrik bir molekül, sıfır dipol momentine sahiptir. Sonuç olarak klasik elektrodinamiğe göre böyle bir molekülün titreşimi ve dönüşü radyasyona neden olamaz. Kuantum teorisi de benzer bir sonuca götürür.

Moleküllerin titreşim spektrumu

Görünür ve ultraviyole aralıklarda elektromanyetik dalgaların absorpsiyonu, molekülün farklı elektronik enerji seviyeleri arasında geçişlerine yol açar. molekülün elektronik spektrumunun ortaya çıkışına. Her elektronik enerji seviyesi, elektronların belirli bir uzamsal dağılımına veya dedikleri gibi, ayrı enerjili belirli bir elektron konfigürasyonuna karşılık gelir. Elektronların her bir konfigürasyonu çeşitli titreşim enerji seviyelerine karşılık gelir.

İki elektronik seviye arasındaki geçişe, titreşim seviyeleri arasındaki birçok eşzamanlı geçiş eşlik eder. Molekülün yakın çizgilerden oluşan gruplardan oluşan elektronik titreşim spektrumu bu şekilde ortaya çıkar.

Her titreşim enerji durumu üzerine bir dönme seviyeleri sistemi eklenmiştir. Bu nedenle, bir elektronik titreşim geçişi sırasında bir fotonun frekansı, her üç enerji türündeki bir değişiklikle belirlenecektir:

Frekans - spektrumun konumunu tanımlar.

Elektronik titreşim spektrumunun tamamı, genellikle birbiriyle örtüşen ve geniş bir bant oluşturan birkaç grup grubundan oluşan bir sistemdir.

Moleküler spektrumların incelenmesi ve yorumlanması, moleküllerin ayrıntılı yapısını anlamanızı sağlar ve kimyasal analiz için geniş bir uygulamaya sahiptir.

Raman ışık saçılması

Bu olay aslında oluşur sabit bir frekans ile ışık saçılması molekülleri saçılma titreşim ya da dönme geçişlerin frekanslara karşılık gelen daha yüksek ya da daha düşük frekanslarda bir dizi görünür ile birlikte, gaz, sıvı ya da saydam kristal organları aracılığıyla zaman ışık geçiş meydana saçılma spektrumunda.

Raman saçılma fenomeni basit bir kuantum mekaniksel açıklamaya sahiptir. Moleküller tarafından ışık saçılması süreci, fotonların moleküller ile esnek olmayan çarpışması olarak düşünülebilir. Çarpışma üzerine, bir foton bir moleküle verebilir veya ondan yalnızca iki enerji seviyesi arasındaki farklara eşit miktarda enerji alabilir. Bir molekül, bir foton ile çarpışması üzerine daha düşük enerjili bir durumdan daha yüksek enerjili bir duruma geçerse, enerjisini kaybeder ve frekansı azalır. Bu, molekül spektrumunda ana çizgiye göre daha uzun dalga boylarına doğru kaymış bir çizgi oluşturur. Bir molekül, bir foton ile çarpıştıktan sonra daha yüksek enerjili bir durumdan daha düşük enerjili bir duruma geçerse, spektrumda ana olana göre daha kısa dalga boylarına doğru kaydırılan bir çizgi oluşur.

Raman saçılma çalışmaları, moleküllerin yapısı hakkında bilgi verir. Bu yöntem kullanılarak moleküllerin doğal titreşim frekansları kolay ve hızlı bir şekilde belirlenir. Aynı zamanda molekülün simetrisinin doğasını yargılamanıza izin verir.

Lüminesans

Bir maddenin molekülleri ortalama kinetik enerjilerini artırmadan uyarılmış bir duruma getirilebilirse, yani. ısıtma olmadan, bu cisimlerin parlaması veya ışıldama meydana gelir.

İki tür ışıldama vardır: floresan ve fosforesans.

Floresanslüminesans denir ve bu, lüminesans patojeninin etkisinin bitiminden hemen sonra durur.

Floresans sırasında, moleküllerin uyarılmış bir durumdan daha düşük bir seviyeye kendiliğinden geçişi meydana gelir. Bu tür bir ışımanın çok kısa bir süresi vardır (yaklaşık 10-7 saniye).

Fosforesansparlayan ajanın etkisinden sonra uzun süre parlamayı tutan lüminesans denir.

Fosforesans sırasında, molekül uyarılmış bir durumdan yarı kararlı bir seviyeye geçer. Metastabil böyle bir seviye denir, daha düşük bir seviyeye geçiş olası değildir. Bu durumda, molekül uyarılmış seviyeye geri dönerse radyasyon meydana gelebilir.

Yarı kararlı bir durumdan uyarılmış bir duruma geçiş, yalnızca ek uyarım varlığında mümkündür. Bu ek etken madde, maddenin sıcaklığı olabilir. Yüksek sıcaklıklarda bu geçiş hızlı, düşük sıcaklıklarda yavaşça gerçekleşir.

Daha önce de belirttiğimiz gibi, ışığın etkisi altındaki ışıldama denir fotolüminesans, elektron bombardımanının etkisi altında - katolüminesans, bir elektrik alanının etkisi altında - elektrolüminesans, kimyasal dönüşümlerin etkisi altında - kemilüminesans.

Kuantum yükselteçleri ve radyasyon jeneratörleri

Yüzyılımızın 50'li yıllarının ortalarında, kuantum elektroniğinin hızlı gelişimi başladı. 1954'te Akademisyenler N.G. Basov ve A.M. Santimetre aralığında ultra kısa radyo dalgalarının kuantum jeneratörünü tanımlayan Prokhorov, maser (uyarılmış radyasyon emisyonu ile mikro dalga amplifikasyonu). 60'larda ortaya çıkan görünür ve kızılötesi ışık için bir dizi jeneratör ve amplifikatör seçildi. optik kuantum üreteçleri veya lazerler (uyarılmış radyasyon emisyonu ile ışık amplifikasyonu).

Her iki tip cihaz da uyarılmış veya indüklenmiş radyasyon etkisi temelinde çalışır.

Bu tür radyasyon üzerinde daha ayrıntılı olarak duralım.

Bu tür radyasyon, elektromanyetik bir dalganın dalganın içinden geçtiği maddenin atomları ile etkileşiminin sonucudur.

Atomlarda, yüksek enerji seviyelerinden daha düşük seviyelere geçiş kendiliğinden (veya kendiliğinden) gerçekleşir. Bununla birlikte, gelen radyasyonun etkisi altında, bu tür geçişler hem ileri hem de ters yönde mümkündür. Bu geçişlere zorunlu veya indüklenmiş... Uyarılmış seviyelerden birinden düşük enerji seviyesine zorla geçiş gerçekleştiğinde, atom, altında geçişin yapıldığı fotona ek olarak bir foton yayar.

Bu durumda, bu fotonun ve dolayısıyla tüm uyarılmış emisyonun yayılma yönü, geçişe neden olan dış radyasyonun yayılma yönü ile çakışır, yani. uyarılmış emisyon, uyarıcı emisyon ile kesinlikle uyumludur.

Böylece, uyarılmış emisyonun bir sonucu olarak ortaya çıkan yeni foton, ortamdan geçen ışığı güçlendirir. Bununla birlikte, indüklenen radyasyonla eşzamanlı olarak, ışığın emilme süreci meydana gelir, çünkü uyarıcı bir radyasyon fotonu, düşük enerji seviyesindeki bir atom tarafından emilir ve atom daha yüksek bir enerji seviyesine hareket eder. ve

Ortamı ters bir duruma aktarma sürecine pompalanmışgüçlendirici ortam. Kazanç ortamını pompalamak için birçok yöntem vardır. Bunlardan en basiti, atomların alt seviyeden üst uyarılmış seviyeye, öyle bir frekanstaki ışığın ışınlanmasıyla aktarıldığı ortamın optik olarak pompalanmasıdır.

Tersine çevrilmiş bir ortamda, uyarılmış emisyon, ışığın atomlar tarafından absorpsiyonunu aşar ve bunun sonucunda, gelen ışık huzmesi yükseltilir.

Optik aralıkta bir dalga üreteci olarak kullanılan bu tür medyayı kullanan bir cihazı düşünün veya lazer.

Ana kısmı, bazı alüminyum atomlarının krom atomları ile değiştirildiği alümina olan yapay bir yakut kristalidir. Bir yakut kristali dalga boyu 5600 olan ışıkla ışınlandığında, krom iyonları üst enerji seviyesine hareket eder.

Temel duruma dönüş geçişi iki aşamada gerçekleşir. İlk aşamada, uyarılmış iyonlar enerjilerinin bir kısmını kristal kafese bırakır ve yarı kararlı bir duruma geçer. İyonlar bu seviyede, üst seviyeye göre daha uzun bir süredir. Sonuç olarak, yarı kararlı seviyenin ters durumuna ulaşılır.

İyonların temel duruma dönüşüne iki kırmızı çizginin emisyonu eşlik eder: ve. Bu dönüş, aynı dalga boyundaki fotonların etkisi altında bir çığ gibi meydana gelir, yani. zorunlu radyasyon ile. Bu dönüş, kendiliğinden emisyondan çok daha hızlıdır, bu nedenle ışık güçlendirilir.

Lazerde kullanılan yakut, 0,5 cm çapında ve 4-5 cm uzunluğunda çubuk şeklindedir.Bu çubuğun düz uçları biri yarı saydam olmak üzere karşılıklı iki ayna oluşturacak şekilde parlatılır ve gümüş kaplanır. Yakut çubuğunun tamamı, ortamın optik olarak pompalandığı darbeli bir elektron tüpünün yakınında bulunur. Hareket yönleri yakutun ekseniyle küçük açılar oluşturan fotonlar, uçlarından çoklu yansımalar yaşarlar.

Bu nedenle, kristaldeki yolları çok uzun olacak ve bu yöndeki foton basamakları en çok gelişecek.

Diğer yönlerde kendiliğinden yayılan fotonlar, kristalden daha fazla radyasyona neden olmadan yan yüzeyinden çıkar.

Eksenel ışın yeterince yoğun hale geldiğinde, bir kısmı kristalin yarı saydam ucundan dışarı çıkar.

Kristalin içinde çok fazla ısı üretilir. Bu nedenle yoğun bir şekilde soğutulması gerekir.

Lazer radyasyonunun bir dizi özelliği vardır. Aşağıdakilerle karakterizedir:

1. zamansal ve mekansal tutarlılık;

2. katı tek renklilik;

3. yüksek güç;

4. kirişin darlığı.

Radyasyonun yüksek tutarlılığı, özellikle uzayda yönlü radyo iletişimi için radyo iletişimi için lazerlerin kullanımı için geniş olasılıklar açar. Işığı modüle etmek ve demodüle etmek için bir yol bulunursa, büyük miktarda bilgi iletilebilir. Bu nedenle, iletilen bilgi miktarı açısından, bir lazer Amerika Birleşik Devletleri'nin doğu ve batı kıyıları arasındaki tüm iletişim sisteminin yerini alabilir.

Lazer ışınının açısal genişliği o kadar küçüktür ki, teleskopik odaklama kullanarak ay yüzeyinde 3 km çapında bir ışık noktası elde etmek mümkündür. Işının yüksek gücü ve darlığı, bir mercekle odaklanırken, güneş ışığına odaklanarak elde edilebilen enerji akısı yoğunluğundan 1000 kat daha yüksek bir enerji akısı yoğunluğu elde edilmesini sağlar. Bu tür ışık ışınları, kimyasal reaksiyonların gidişatını etkilemek için, işleme ve kaynaklama için kullanılabilir.

Yukarıdakiler, lazerin tüm olasılıklarını tüketmez. Tamamen yeni bir ışık kaynağı türüdür ve uygulamasının tüm olası alanlarını hayal etmek hala zordur.

MOLEKÜLER SPEKTRA

Serbest veya zayıf bağlanmış moleküllere ait emisyon, absorpsiyon ve Raman saçılım (RS) spektrumları. Tipik mikroskobik bantlar şeritlidir, spektrumun UV, görünür ve IR bölgelerinde az çok dar bantların bir kombinasyonu olarak gözlenirler; yeterli çözünürlükte spektral enstrümanlar, iskele. çizgiler, birbirine yakın çizgilerden oluşan bir koleksiyona ayrılır. M.'nin yapısı. çürüme için farklı. moleküller ve bir moleküldeki atom sayısındaki artışla daha karmaşık hale gelir. Oldukça karmaşık moleküllerin görünür ve UV spektrumları birbirine benzer ve birkaç geniş sürekli banttan oluşur. Hanım. enerji seviyeleri arasındaki kuantum geçişleri sırasında ortaya çıkar? "ve?" orana göre moleküller:

hv, yayılan veya emilen frekanslı bir fotonun enerjisidir v. Raman saçılmasında hv, olayın enerjileri ile saçılmış fotonlar arasındaki farka eşittir. Hanım. int'in daha karmaşıklığı ile belirlenen çok daha karmaşık atomik spektrumlar. moleküldeki hareketler, çünkü elektronların iki veya daha fazla çekirdeğe göre hareketine ek olarak molekülde titreşimler meydana gelir. çekirdeklerin (onları çevreleyen iç kısımlarla birlikte) denge konumu etrafında hareketi ve dönmesi. bir bütün olarak hareketi. Elektronik salınım. ve döndürün. Molekülün hareketleri üç tür enerji seviyesine karşılık gelir - el,

Kuantuma göre. mekanik, bir moleküldeki her tür hareketin enerjisi yalnızca belirli değerleri alabilir (nicelleştirilmiş). Molekülün toplam enerjisi? yaklaşık üç tür içseline karşılık gelen nicelenmiş enerjilerin toplamı olarak temsil edilebilir. hareketler:

? "? El +? Count +? Vr, (2) ve büyüklük sırasına göre

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

burada m, bir elektronun kütlesidir ve M, bir moleküldeki atom çekirdeklerinin kütle sırasına sahiptir, yani

El -\u003e? Say -\u003e? Vr. (4) Genellikle? Birkaç siparişin e-postası. eV (yüzlerce kJ / mol), λcount \u003d 10-2-10-1 eV, λbr \u003d 10-5-10-3 eV.

Bir molekülün enerji seviyeleri sistemi, birbirinden çok uzak bir dizi elektronik enerji seviyesiyle karakterize edilir (ayrıştırılmış A El,? Col \u003d? Bp \u003d 0'da). birbirine çok daha yakın bulunan titreşim seviyeleri (farklı?

Elektronik enerji seviyeleri a c b, Şek. 1, molekülün denge konfigürasyonlarına karşılık gelir. Her elektronik durum, belirli bir denge konfigürasyonuna ve belirli bir AEl değerine karşılık gelir; en düşük değer ana değere karşılık gelir. elektronik durum (molekülün temel elektronik enerji seviyesi).

Şekil: 1. İki atomlu bir molekülün Enerji Seviyelerinin Şeması, a ve b - elektronik seviyeler; v "ve v" kuantumdur. rakamlar şaşırtıcı. seviyeleri; J "ve J" kuantumdur. sayılar döner. seviyeleri.

Bir molekülün elektronik durumları kümesi, elektronik kabuğunun st-you tarafından belirlenir. Prensip olarak, βel değerleri kuantum yöntemleri kullanılarak hesaplanabilir. kimya, ancak bu problem sadece yaklaşık olarak ve nispeten basit moleküller için çözülmüştür. Kimyasal molekülleri tarafından belirlenen elektronik moleküller (konumları ve özellikleri) hakkında önemli bilgiler. yapı, alma, M. ile çalışma.

Elektronik enerji seviyesinin çok önemli bir özelliği abs'i belirleyen kuantum sayısı 5'in değeridir. tüm elektronların toplam dönme momentinin değeri. Kimyasal olarak kararlı moleküller, kural olarak, çift sayıda elemana sahiptir ve onlar için 5 \u003d 0, 1, 2 ,. ... .; temel için elektronik seviye tipik olarak 5 \u003d 0, heyecanlı olanlar için - 5 \u003d 0 ve 5 \u003d 1'dir. S \u003d 0 olan seviyeler çağrıldı tekli, S \u003d 1 - üçlü (çoklukları c \u003d 2S + 1 \u003d 3 olduğundan).

İki atomlu ve doğrusal üç atomlu moleküller söz konusu olduğunda, elektronik seviyeler bir kuantum değeriyle karakterize edilir. abs'yi belirleyen numara Л. molekül eksenindeki tüm elektronların toplam yörünge açısal momentumunun izdüşümünün değeri. L \u003d 0, 1, 2, ... olan seviyeler sırasıyla S, P, D olarak adlandırılır. ... ., a ve sol üstte bir dizin ile gösterilir (ör. 3S, 2P). Simetri merkezi olan moleküller için (örneğin, CO2, CH6), tüm elektronik seviyeler, onları tanımlayan dalga fonksiyonunun simetrinin merkezinde ters çevrildiğinde işaretini muhafaza edip etmemesine bağlı olarak çift ve tek (sırasıyla g ve u) olarak bölünür.

Titreşimsel enerji seviyeleri, titreşimi ölçerek bulunabilir. hareket, bir kesim yaklaşık olarak harmonik kabul edilir. İki atomlu bir molekül (çekirdek arası mesafe r'deki bir değişikliğe karşılık gelen bir titreşim serbestlik derecesi) harmonik olarak kabul edilebilir. bir osilatör, kuantizasyonu eşit mesafeli enerji seviyeleri verir:

v temeldir. harmonik frekans molekülün titreşimleri, v \u003d 0, 1, 2 ,. ... .- sallanma. kuantum. numara.

N? 3 atomdan oluşan ve f değerine sahip çok atomlu bir molekülün her elektronik durumu için serbestlik derecesi (lineer ve lineer olmayan moleküller için sırasıyla f \u003d 3N-5 ve f \u003d 3N-6), çıktı / so n. vi (ill, 2, 3, ..., f) frekanslarına sahip normal titreşimler ve karmaşık bir sistem titreşir. enerji seviyeleri:

Normların frekansları kümesi. ana dalgalanmalar. elektronik durum yavl. kimyasalına bağlı olarak molekülün önemli özelliği. binalar. Belli bir normda. titreşimler, molekülün tüm atomlarını veya bunların bir kısmını içerir; atomlar uyumlu bir şekilde çalışır. aynı frekansta vi, ancak diff ile salınımlar. titreşimin şeklini belirleyen genlikler. Norm. gerilme titreşimlerinin (- bağ açıları kimyasal bağlar arasındaki açılar değiştirme), deformasyona (kimyasal bağların uzunluğu değiştirme) içine şeklinde ayrılır. Düşük simetriye sahip moleküller için (bakınız BİR MOLEKÜLÜN SİMETRİSİ) f \u003d 2 ve tüm titreşimler dejenere değildir; daha simetrik moleküller için, frekansta çakışan çift ve üçlü dejenere titreşimler, yani çiftler ve üçlü titreşimler vardır.

Rotasyonel enerji seviyeleri, rotasyonu niceleyerek bulunabilir. bir molekülün TV olarak düşünülerek hareketi. belirli atalet momentlerine sahip bir cisim. İki atomlu veya doğrusal üç atomlu bir molekül durumunda, dönme enerjisi aRp \u003d M2 / 2I'dir, burada I molekülün eksenine dik olan eksene göre atalet momentidir ve M döndürülür. hareket anı sayısı. Niceleme kurallarına göre,

M2 \u003d (h / 4pi2) J (J + 1),

burada f \u003d 0, 1.2,. ... .- rotasyonel kuantum. numara; için? br alıyoruz:

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

döndükleri yer. sabit B \u003d (h / 8piI2) I

artan nükleer kütleler ve nükleer mesafeler ile azalan enerji seviyeleri arasındaki mesafelerin ölçeğini belirler.

Aralık M.'nin türleri. bozulduğunda ortaya çıkar. moleküllerin enerji seviyeleri arasındaki geçiş türleri. (1) ve (2) 'ye göre:

D? \u003d? "-?" \u003d\u003d D? El + D? Sayım + D? Vr,

ve (4) D? el-\u003e D? sayım-\u003e D? vp'ye benzer. Dâ El? 0'da görünür ve UV bölgelerinde gözlemlenen elektron mikroskopları elde edilir. Genellikle D "0'da aynı anda D" Numarası "0 ve D" Bp "0; çürüme. Verilen bir D El El'deki D Number sayısı, ayrışmaya karşılık gelir. sallanma. şeritler (Şekil 2) ve ayrışma. D? Bp verilen D? El ve D? döndürün. çizgiler, çavdar içine kırılma titreşimi. şeritler (Şekil 3).

Şekil: 2. Electroino'lar titreşir. yakın UV bölgesinde N2 molekülünün spektrumu; bant grupları ayrışmaya karşılık gelir. değerler Dv \u003d v "-v".

Belirli bir DAEl (nel \u003d DAEl / h frekansı ile tamamen elektronik bir geçişe karşılık gelen) bant seti denir. çizgili sistem; çizgiler çürüyor. göreceli olarak yoğunluk. geçiş olasılıkları (bkz. KUANTUM GEÇİŞİ).

Şekil: 3. Döndürün. bölünme elektron-kolsbat. çizgili 3805.0? moleküller N2.

Karmaşık moleküller için, belirli bir elektronik geçişe karşılık gelen bir sistemin bantları genellikle tek bir geniş sürekli bant halinde birleşir; birbiriyle ve birkaçıyla örtüşebilir. böyle gruplar. Dondurulmuş organik çözeltilerde tipik ayrı elektronik spektrumlar gözlenir. bağlantılar.

Elektronik (daha doğrusu, elektronik-titreşim-rotasyonel) spektrumlar, cam (görünür bölge) ve kuvars (UV bölgesi (UV RADYASYONU)) optikli spektral aletler kullanılarak incelenir. D? El \u003d 0 ve D? Numarası? 0 olduğunda salınım yapın. MS, IR'ye yakın bölgede, genellikle absorpsiyon ve Raman spektrumlarında gözlemlendi. Kural olarak, belirli bir D? İçin, D? Bp? 0 sayısı ve salınım. şerit ayrı olarak ikiye ayrılır. döndürün. çizgiler. En yoğun titreşimler. Hanım. "- V" durumu AV \u003d v tatmin edici şeritler \u003d 1 (atomlu molekülleri DVI \u003d V "i-v" i Dvk \u003d V "K-V" k \u003d 0, 1 \u003d için, burada i ve k farklı normal titreşimleri tespit). Tamamen uyumlu için. tereddüt, bu seçim kurallarına kesinlikle uyulur; uyumsuz için. titreşimler Dv\u003e 1 (armonik sesler) olan bantlar olarak görünür; yoğunlukları genellikle düşüktür ve Dv arttıkça azalır. Salınım. Hanım. (daha doğrusu, titreşim-rotasyonel) IR spektrometreleri ve Fourier spektrometreleri ve Raman spektrumları kullanılarak - lazer uyarımı kullanılarak yüksek açıklıklı spektrograflar (görünür bölge için) kullanılarak incelenir. D? El \u003d 0 ve D? Count \u003d 0 olduğunda, bunlar tamamen ortaya çıkar. dep. çizgiler. Uzak IR bölgesinde ve özellikle mikrodalga bölgesinde absorpsiyon spektrumlarında ve Raman spektrumlarında gözlenirler. İki atomlu, doğrusal üç atomlu molekülleri ve oldukça simetrik doğrusal olmayan moleküller için bu hatlar, birbirinden (frekans ölçeğinde) eşit uzaklıktadır.

Temiz bir şekilde dönüyorlar. Hanım. spec ile IR spektrometreleri yardımıyla çalışıldı. kırınım ızgaralar (ekeletler), Fourier spektrometreleri, geri dalga lambasına dayalı spektrometreler, mikrodalga (mikrodalga) spektrometreler (bkz. SUBMİLİMETRE SPEKTROSKOPİSİ, MİKRODALGA SPEKTROSKOPİSİ) ve döndürme. Raman spektrumları - yüksek açıklıklı spektrometrelerin kullanılması.

Mikroskopi çalışmasına dayanan moleküler spektroskopi yöntemleri, kimyadaki çeşitli problemlerin çözülmesini mümkün kılar. Elektronik M. s. Elektron kabukları, uyarılmış enerji seviyeleri ve özellikleri, moleküllerin ayrışma enerjisi hakkında bilgi verir (enerji seviyelerinin ayrışma sınırına yakınsaması ile). Araştırma şaşırtıcı. spektrum, moleküldeki belirli kimyasal türlerinin varlığına karşılık gelen karakteristik titreşim frekanslarını bulmanızı sağlar. bağlar (örneğin, çift ve üçlü bağlar C-C, bağlar C-H, organik moleküller için N-H), boşlukları tanımlar. yapı, cis ve trans izomerleri ayırt etmek için (bkz. ISOMERIA OF MOLECULES). En etkili optik yöntemlerden biri olan kızılötesi spektroskopi yöntemleri özellikle yaygındır. moleküllerin yapısını inceleme yöntemleri. DAC spektroskopi yöntemleriyle birlikte en eksiksiz bilgileri sağlarlar. Araştırma dönüyor. spektrumları ve ayrıca döndürün. yapılar elektroniktir ve titreşir. Hanım. Denge konfigürasyonlarının parametrelerini (bağ uzunlukları ve bağ açıları) yüksek doğrulukla bulmak için deneyimlerden bulunan moleküllerin atalet momentlerinin kullanılmasına izin verir. Belirlenen parametrelerin sayısını artırmak için izotopik spektrumlar incelenir. moleküller (özellikle hidrojenin döteryum ile değiştirildiği moleküller), aynı denge konfigürasyon parametrelerine sahip, ancak dec. atalet momentleri.

Hanım. adaların bileşimini belirlemek için spektral analizde de kullanılır.

- Zayıf van der Waals kuvvetleri veya hidrojen bağları ile birbirine bağlanan moleküllerden oluşan kristaller ...
Fiziksel ansiklopedi
- kuantum kimyasında, matris halinde yazmak için kullanılan integral ifadelerin adı, çok elektronlu bir molekülün elektronik dalga fonksiyonlarını belirleyen elektronik Schrödinger denklemini oluşturur ...
Kimyasal ansiklopedi
- resmi olarak değerlik-sattan oluşur. moleküller arası etkileşim kuvvetleri nedeniyle moleküller ...
Kimyasal ansiklopedi
- van der Waals kuvvetleri tarafından bağlanan moleküllerden oluşur. Moleküllerin içinde atomlar çok daha güçlü bağlarla birbirine bağlıdır ...
Kimyasal ansiklopedi
- moleküllerin görsel bir temsili org. ve inorg. moleküle dahil olan atomların karşılıklı düzenlenişini yargılamayı mümkün kılan bileşikler ...
Kimyasal ansiklopedi
- elektromıknatısın emisyon ve absorpsiyon spektrumları. radyasyon ve kombinasyon ...
Kimyasal ansiklopedi
- Bkz. Kısmen ilgili ...
- Dış koşullara bağlı olarak, bir maddenin bir veya başka bir toplu halini ve bir dizi diğer fiziksel özelliğini belirleyen moleküller arasındaki etkileşim kuvvetleri ...
Hidrojeoloji ve Mühendislik Jeolojisi Sözlüğü
- başka bir enerji düzeyinden moleküllerin geçişleri kaynaklanan optik absorpsiyon, emisyon ve hafif Raman saçılımı, spektrumu. Hanım. az çok geniş şeritlerden, resimlerden oluşur ...
Büyük Ansiklopedik Politeknik Sözlük
- Makaleleraktüatörbiyolojik motorlarbiyolojik nanoobjeler biyomedikal mikroelektromekanik sistemler biyopolimerlerilaç dağıtımıkinler laboratuvarda çipli çok fonksiyonlu nanopartiküller ...
Nanoteknoloji Ansiklopedik Sözlüğü
- optik serbest veya zayıf bağlı moleküllere ait emisyon, absorpsiyon ve saçılma spektrumları ...
Doğal bilim. ansiklopedik sözlük
- doğuştan metabolik hatalar, kalıtsal metabolik bozuklukların neden olduğu hastalıklar. "M. b. " Amerikalı kimyager L.Pauling tarafından önerilen ...
- Zayıf van der Waals kuvvetleri veya hidrojen bağları ile birbirine bağlanan moleküllerden oluşan kristaller. Moleküllerin içindeki atomlar arasında daha güçlü bir kovalent bağ etki eder ...
Büyük Sovyet Ansiklopedisi
- Serbest veya zayıf bağlanmış Moleküllere ait ışık yayılımının yanı sıra emisyon ve absorpsiyonun optik spektrumları. Hanım. karmaşık bir yapıya sahip ...
Büyük Sovyet Ansiklopedisi
- serbest veya zayıf bağlanmış moleküllere ait ışığın emisyon, soğurma ve saçılmasının optik spektrumları ...
Büyük ansiklopedik sözlük
- veya kısmi eylemler ...