Изучение молекулярных спектров поглощения при помощи фотометра ФМ-58 (лабораторная работа), страница 4

.

Рисунок 1.3 – Схема возникновения вращательного спектра

          Измерив расстояние между линиями спектра, можно определить момент инерции молекулы. В двухатомной молекуле по известным массам ядер и моменту инерции можно вычислить равновесное расстояние между ядрами.

          Колебательно-вращательные полосы располагаются в области 800-5000 нанометра. Они возникают при переходах между двумя колебательными уровнями, принадлежащими к одной и той же электронной конфигурации. Каждый из таких переходов может сопровождаться одновременным изменением вращательной энергии. Согласно правилам отбора квантовые числа у и  могут изменяться на ±1. Совокупность вращательных линий, принадлежащих одному и тому же колебательному переходу образует колебательно-вращательную полосу. Учитывая формулы  (1.4); (1.6),  а также правила отбора, частоту  можно определить по формуле:

                                                       .                                     (1.13)

Колебательная частота  определяет спектральную область, в которой располагается полоса, вращательная часть  определяет тонкую структуру полосы. Колебательно-вращательная полоса состоит из совокупности симметричных относительно частоты  линий, отстоящих друг от друга на . В середине полосы расстояние в два раза больше, так как линия частоты  не возникает.

Рисунок 1.4 – Схема возникновения колебательно-вращательной полосы

          В квантовой механике показывается, что колебательно-вращательные и чисто вращательные переходы симметричных молекул, не обладающих дипольным моментом, запрещены соответствующими правилами отбора. В соответствие с теорией на эксперименте вращательные и колебательные полосы наблюдаются только для несимметричных двухатомных молекул.

          Электронно-колебательные полосы лежат в видимой и ультрафиолетовой частях спектра. Они наблюдаются как для несимметричных, так и для симметричных молекул. В этом случае испускание и поглощение фотонов молекулой обусловлено изменением электронной энергии , причем каждый из таких переходов может сопровождаться одновременным изменением колебательной  и вращательной  энергии молекулы. Это приводит к появлению целой серии линий испускания или поглощения, так как возможно большое число способов изменения колебательной и вращательной энергии молекулы. В результате каждому переходу соответствует широкая полоса поглощения (испускания).

2  МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ

          В работе для изучения молекулярных спектров используется фотометр ФМ-58. Измерения проводятся визуальным методом.

          Фотометр предназначен для определения коэффициентов пропускания (или плотности) твердых и жидких прозрачных сред. Приближенно на приборе могут быть замерены спектральные коэффициенты пропускания в видимой части спектра от 400 до 726 нм. Спектральные измерения можно производить весьма приближенно, так как светофильтры прибора пропускают довольно широкие участки спектра.

          Схема установки приведена на рисунке 2.1 и состоит из фотометра ФМ-58 и питающего устройства. Источником излучения служит лампа накаливания с вольфрамовой спиралью. Свет от лампы, пройдя через два конденсатора, выходит из осветителя (1) двумя параллельными пучками. Корпус осветителя крепится на дуговом кронштейне, установленном на стойке штатива (2). Излучение падает на плоское зеркало (3), закрепленном в оправе на корпусе фотометра. Зеркало может вращаться вокруг горизонтальной оси, что необходимо для направления пучков света во входные отверстия фотометрической головки (4). Оптическая схема фотометрической головки приведена на рисунке 2.2.