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:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.