Изучение молекулярных спектров поглощения при помощи фотометра ФМ-58 (лабораторная работа), страница 2

          Атомы образуют стабильную молекулу, если это энергетически выгодно, т.е. энергия молекулы оказывается меньше суммарной энергии атомов, образующих молекулу. Кривая потенциальной энергии молекулы приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Зависимость полной потенциальной энергии молекулы

от межатомного расстояния

          Энергия молекулы достигает минимального значения при , соответствующее расстояние между атомами . Величина  колеблется для различных молекул в пределах десятых долей нанометра. Энергия связи атомов в молекуле (энергия диссоциации молекулы) изменяется в пределах нескольких электронов – вольт.

          Молекула в целом представляет собой квантовую систему, обладающую вполне определенными уровнями энергии. В состав молекулы входит большое число частиц (ядра, электроны), число степеней свободы у молекулы больше, чем у атома. В результате структура энергетических уровней молекулы является более сложной. Во-первых, система электронов, принадлежащих молекуле, при постоянном расстоянии между ядрами, может иметь различную конфигурацию, которой соответствует различная энергия . Во-вторых, при данной электронной конфигурации ядра молекулы могут различным образом колебаться и вращаться относительно общего центра масс. С этими видами движения связаны запасы колебательной энергии  и вращательной .

          Колебания ядер в молекуле можно считать гармоническими. Энергия такого гармонического осциллятора принимает дискретные значения:

                                                      ,                                             (1.1)

где  – собственная частота данного типа колебаний определяется по формуле:

                                                           ,                                                    (1.2)

где М – приведенная масса молекулы;

К – силовая постоянная, характеризующая квазиупругие силы, возникающие в молекуле при отклонении ядер от равновесного положения;

 – колебательное квантовое число – принимает значения =0; 1; 3; ….

При =0 имеем низший колебательный уровень с «нулевой» энергией:

                                                              ,                                           (1.3)

где  эВ.

Расстояния между соседними энергетическими уровнями можно найти, используя формулу (1.1):

                                                           .                              (1.4)

Величина  не зависит от квантового числа . Энергия вращательного движения молекулы имеет дискретный спектр и принимает значения:

                                                       ,                                            (1.5)

где  – момент инерции молекулы, зависящей от ее массы и размеров;

у – вращательное квантовое число, которое принимает значения у = 0; 1; 2; 3; … Минимальное значение вращательной энергии  (при у = 0). Соседние вращательные уровни располагаются на расстоянии: