Лекции по курсу общей физики. Квантовая физика. Сабирова Ф.М. - 33 стр.

                                 44                                                                      33
      Часто вместо энергии связи рассматривают удельную энергию                                           Строение молекул и свойства их
связи. Удельной энергией связи называется энергия связи, приходя-                                   энергетических уровней проявляются в
щаяся на один нуклон:                                                                               молекулярных спектрах – спектрах из-

       ε св =
              ΔЕ св
                    =
                     [                ]
                      ( Zm p + Nm n ) − m я ⋅ 931
                                                  МэВ.
                                                                                                    лучения (поглощения), возникающих
                                                                                                    при квантовых переходах между уров-
               А                 А                                                                  нями энергии молекул. Спектр излуче-
      На рис. 18.2. показана зависи-                                                                ния молекулы определяется структурой
мость ε св от массового числа А различ-                                                             ее энергетических уровней и соответст-
ных ядер. Для легких ядер (А≤12)                                                                    вующими правилами отбора.
удельная энергия связи круто возрастает                                                                   Итак, при разных типах перехо-
до 6÷7 МэВ (например, для 1 H 2                                                                     дов между уровнями возникают различ-
                                                                                                    ные типы молекулярных спектров. Час-
ε св =1,1 МэВ, для   2  He 4 ε св =7,6 МэВ,                                                         тоты спектральных линий, испускаемых
претерпевая целый ряд скачков, затем                                                                молекулами, могут соответствовать пе-
более медленно возрастает до макси-                                                                 реходам с одного электронного уровня
мальной величины 8,7 МэВ у элементов                                                                на другой (электронные спектры) или с
с А=50÷60, а потом постепенно умень-                                                                одного колебательного (вращательного)
шается у тяжелых элементов (например,                                    уровня на другой (колебательные (вращательные) спектры). Кроме
для 92 U 235 она составляет 7,6 МэВ).                                    того, возможны и переходы с одними значениями Е кол и Е вращ на
       Уменьшение удельной энергии связи при переходе к тяжелым эле-     уровни, имеющие другие значения всех трех компонентов, в резуль-
ментам объясняется тем, что с возрастанием числа протонов в ядре         тате чего возникают электронно-колебательные и колебательно-
увеличивается и энергия их кулоновского отталкивания. Поэтому            вращательные спектры.
связь между нуклонами становится менее сильной, а сами ядра менее              Типичные молекулярные спектры – полосатые, представляю-
прочными.                                                                щие собой совокупность более или менее узких полос в ультрафиоле-
       Наиболее устойчивыми оказываются так называемые магические        товой, видимой и инфракрасной областях.
ядра, у которых число протонов или число нейтронов равно одному из             Применяя спектральные приборы высокой разрешающей спо-
магических чисел: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Особенно стабильны дважды   собности, можно видеть, что полосы представляют собой настолько
магические ядра, у которых магическими являются и число протонов, и      тесно расположенные линии, что они с трудом разрешаются. Струк-
число нейтронов. Этих ядер насчитывается всего пять:                     тура молекулярных спектров различна для разных молекул и с увели-
 4    16     40    48      208
2 Не, 8 O, 20 Ca , 20 Ca , 82 Pb .                                       чением числа атомов в молекуле усложняется (наблюдаются лишь
       Из рис. 18.2 следует, что наиболее устойчивыми с энергетической   сплошные широкие полосы). Колебательными и вращательными
точки зрения являются ядра средней части таблицы Менделеева. Тяже-       спектрами обладают только многоатомные молекулы, а двухатомные
лые и легкие ядра менее устойчивы. Это означает, что энергетически       их не имеют. Это объясняется тем, что двухатомные молекулы не
выгодны следующие процессы: 1) деление тяжелых ядер на более лег-        имеют дипольных моментов (при колебательных и вращательных пе-
кие; 2) слияние легких ядер друг с другом в более тяжелые. При обоих     реходах отсутствует изменение дипольного момента, что является не-
процессах выделяется огромное количество энергии; эти процессы в         обходимым условием отличия от нуля вероятности перехода). Моле-
настоящее время осуществлены практически: реакции деления и термо-       кулярные спектры применяются для исследования строения и свойств
ядерные реакции.                                                         молекул, используются в молекулярном спектральном анализе, лазер-
                                                                         ной спектроскопии, квантовой электронике и т.д.