Изучение структуры молекулярного спектра двухатомной молекулы, страница 2

Спектр излучения и поглощения молекулы имеет в своем составе три выраженные составляющие – электронную, колебательную и вращательную: .

Внутри этого интервала переходы с различными наборами колебательных чисел (n', n") формируют структуру из колебательных полос. В свою очередь каждая (n',n'') полоса колебательной структуры имеет тонкую вращательную структуру, образованную совокупностью переходов с одинаковыми наборами чисел (N”, n") и (N’, n'), то есть переходов между различными вращательными уровнями.

Схема установки

Рис. 1. Схема установки.

Работа выполняется на дифракционном монохроматоре МДР-41. Излучение от источника сплошного спектра (галогенной лампы) проходит через кювету с исследуемым веществом, окна которой выполнены из линз и падает сходящимся пучком на входную щель монохроматора.

Разложенный спектр фокусируется в плоскости выходной щели. Для визуального наблюдения спектра используется лупа. В качестве калибровочного спектра используется излучение люминесцентной лампы.

Регистрация спектров производится при помощи цифровой телекамеры. Положение кантов полос в спектре измеряются по изображению на мониторе.
Полученные результаты

Калибровка спектрометра

Определение параметров основного состояния I₂

Рис. 3. Зависимость разности энергии фотонов соседних кантов от номера канта

(индекс 0 – основная серия, индекс 1 – первая «горячая» серия).

Для основной серии Деландра E₀ = 1,984 m + 19,522, для первой «горячей»         

E₁ = 2,066m + 77,640.

Энергия фотодиссоциации на атомы ²P_1/2 – ²P_3/2 19920 см^-1, энергия основного электронного состояния D_g = 12317,0 см^-1 = 1,527 эВ.

Рис. 4. Зависимость разности энергии фотонов соседних кантов от номера канта первой «горячей» серии с учетом равенства наклонов первых разностей основой и горячей серий.

Энергия фотодиссоциации с первого колебательного уровня: 19744 см^-1 => энергия колебательного кванта , однако эта энергия отличается от равновесной энергии основного терма (, где – равновесная частота ангармонической системы).

, χ_g = 3,565 · 10^-3.

Энергия основного электронного состояния, отсчитываемая от дна потенциала Морзе D_0g = 12405,1 см^-1 = 1,538 эВ.

Определение параметров возбужденного состояния I₂

Красная граница 3248,2 ед. барабана.

Энергия красной границы полосатого спектра: 15667 см^-1, энергия диссоциации возбужденного терма 0,527 эВ.

Константа ангармоничности возбужденного терма 7,58· 10^-3.

Энергия диссоциации возбужденного терма с учетом ангармонической поправки 0,536 эВ.

Энергия перехода n’ = 0 → n’ = 1: 128,9 см^-1.

Сдвиг терма по энергии относительно основного состояния: 15690,6 см^-1.

Определение равновесного межъядерного расстояния возбужденного терма

Коэффициент ангармоничности Морзе: .

Межъядерное при возбуждении молекулы R_e = 0,299 нм.

Наивыcший n_max = 65.

      Средний из наиболее четких кантов (номер 21) соответствует возбуждению молекулы фотоном с энергией 19011,2 см^-1 на уровень n'  = 35.   

T_e = 15690,6 см^-1 – сдвиг терма по энергии относительно основного состояния.

Графическое представление термов

Рис. 5. Построение потенциала Морзе.

, .

На рис. 4. v'_1 = 30, колебание межъядерных расстояний молекулы на этом уровне в диапазоне (0,268 ÷ 0,395) нм; v'_2 = 10 с межъядерными расстояниями (0,277 ÷ 0,339) нм.

Перекрытие волновых функций верхнего и нижнего термов

Таблица 1.  Вероятность излучательного перехода

ne	ng	FFC	график
0	0	1,804 · 10-7	1
0	1	4,058 · 10-6	2
0	2	4,333 · 10-5	3

Из таблицы следует, что вероятности переходов соседних серий отличаются на порядок и наиболее вероятен переход 2 → 0.

1

2

3

Ф1. Основная серия.

Ф2. первая «горячая» серия.

Ф3. Исчезновение полосатого спектра (инверсия).

Ф4. Изображение с короткофокусного объектива.