Физика. Строение и физические свойства вещества. Барсуков В.И - 25 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

2. Ионная связь. Электроны в атомах таких молекул распределены неравномерно, у одних атомов электронов боль-
ше, у других – меньше. Например, молекулы
HClKBr,NaCl, представляют собой два иона противоположных знаков, их
взаимодействие носит в основном кулоновский характер.
3.2. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СПЕКТРЫ И ИХ СОСТАВЛЯЮЩИЕ
Спектры молекул – молекулярные спектры – за их характерный вид называются полосатыми спектрами. Они пред-
ставляют собой совокупность более или менее широких полос, образованных тесно расположенными спектральными
линиями. Полосы в молекулярных спектрах наблюдаются в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах
шкалы электромагнитных волн. Полосы могут быть резкими с одного края и размытыми с другого. Резкий край (кант)
может быть как с коротковолновой, так и с длинноволновой стороны полосы.
Как при возбуждении атомов, так и при возбуждении молекул, дополнительная энергия идёт на изменение движения
электронов, кроме этого в молекулах возможны колебания отдельных атомов относительно положения равновесия и
вращения всей молекулы вокруг оси.
Все эти движения при выполнении квантовых условий приводят к появлению электронных, колебательных и вра-
щательных уровней энергии.
Чем больше масса частицы, тем короче связанная с ней волна и меньше разность энергий двух соседних уровней.
Вращательные уровни расположены очень близко друг к другу.
Разность энергий между колебательными уровнями значительно больше, так как в движении участвуют отдельные
атомы, а для перехода между электронными уровнями молекул требуется ещё большая энергия.
Вращательные составляющие молекулярных спектров (для двухатомных молекул). Если считать двухатомную мо-
лекулу идеально жёсткой, то кинетическая энергия
вр
E
вращательного движения такой молекулы имеет вид
,
2
0
2
вр
J
L
E
=
(3.1)
где −L момент импульса; −
0
J момент инерции молекулы, вычисленный по отношению к оси, перпендикулярной к ли-
нии, соединяющей атомы и проходящей через центр инерции молекулы. Момент импульса
L такой молекулы квантован
и выражается формулой
)1( += jjL h
, (3.2)
где j = 0, 1, 2, 3, … – вращательное квантовое число, определяющее вращательный энергетический уровень.
В квантовой механике доказывается, что возможны лишь такие переходы между вращательными энергетическими
уровнями, которые подчиняются следующему правилу отбора по вращательному квантовому числу:
,1
±
=
∆j
т.е. перехо-
ды возможны только между соседними вращательными энергетическими уровнями. Излучению света соответствует
.1−=∆j
Наименьшую энергию
1
E имеет молекула при отсутствии вращения. Этому состоянию соответствует нулевой враща-
тельный терм и квантовое число
0=j
. Для перевода молекулы с первого уровня на второй требуется энергия
2
E в два раза
большая, чем при переходе с нулевого на первый уровень. Для перевода со второго на третий уровень требуется энергия
13
3EE = и т.д. (рис. 3.2). Таким образом, разность энергий растёт с увеличением квантового числа
j
(для атомов картина была
иной, с увеличением главного квантового числа
n, разность значений
E
уменьшалась). При вращении молекулы её размеры
постоянны, тогда как в атоме при увеличении n расстояние между ядром и электроном быстро растёт. Только при очень
больших значениях
j становится заметным центробежное растяжение молекулы. Разность энер-
гий между вращательными уровнями очень мала, и энергии
E
, соответствующей комнатной
температуре, достаточно для возбуждения вращательных уровней.
Вращательные составляющие молекулярных спектров можно наблюдать только у ве-
ществ в газообразном состоянии.
Колебательные составляющие молекулярных спектров. Ядра обоих атомов в двух-
атомной молекуле совершают колебательные движения относительно положений их равно-
весия, которые определяются взаимодействием между ядрами и электронами. Малые коле-
бания ядер в молекуле являются гармоническими и могут рассматриваться как гармониче-
ские колебания линейного осциллятора с массой, равной m . Энергия такого гармонического
осциллятора принимает квантованные значения
m
kh
hE
π
+ϑ=ν+ϑ=
ϑ
2
)
2
1
()
2
1
()(
0кол
, (3.3)
где ϑ – колебательное квантовое число, принимающее значения
ϑ = 0, 1, 2, 3, …; ν
0
– собственная частота осциллятора –
m
k
π
=ν
2
1
0
.
Формула (3.3) даёт систему равноотстоящих энергетических уровней, изображённых на
рис. 3.3.
J J(J+1)
3 12
2 6
1 2
0 0
ω
1
2ω
1
3ω
1
4
ω
1
Рис. 3.2
ϑ
E
3
2
1
0
Рис. 3.3

Страницы