어떤 스펙트럼이 분자의 특징입니까? 분자의 구조와 스펙트럼

스펙트럼한 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 원자와 분자가 전환하는 동안 물질에 의해 흡수, 방출, 산란 또는 반사되는 전자기 복사의 에너지 양자 시퀀스라고합니다.

빛과 물질의 상호 작용 특성에 따라 스펙트럼은 흡수(흡수) 스펙트럼으로 나눌 수 있습니다. 배출(방출); 산란과 반사.

연구 대상 물체의 경우 광학 분광법, 즉 파장 범위 10 -3 ÷10 -8의 분광법 중원자와 분자로 나뉜다.

원자 스펙트럼한 수준에서 다른 수준으로 전자가 전이되는 에너지에 의해 위치가 결정되는 일련의 선입니다.

원자의 에너지병진 운동의 운동 에너지와 전자 에너지의 합으로 나타낼 수 있습니다.

여기서 - 주파수, - 파장, - 파수, - 빛의 속도, - 플랑크 상수.

원자에서 전자의 에너지는 주양자수의 제곱에 반비례하므로 원자 스펙트럼의 선에 대해 방정식을 작성할 수 있습니다.

(4.12)

여기 - 높은 수준과 낮은 수준의 전자 에너지; - Rydberg 상수; - 파수(m -1 , cm -1) 단위로 표현되는 스펙트럼 항.

원자 스펙트럼의 모든 선은 단파장 영역에서 원자의 이온화 에너지에 의해 결정된 한계까지 수렴하며 그 후에 연속 스펙트럼이 있습니다.

분자 에너지첫 번째 근사치에서 병진, 회전, 진동 및 전자 에너지의 합으로 간주할 수 있습니다.

(4.15)

대부분의 분자에 대해 이 조건이 충족됩니다. 예를 들어, 291K에서 H 2의 경우 총 에너지의 개별 구성 요소는 한 자릿수 이상 다릅니다.

309,5 kJ/몰,

=25,9 kJ/몰,

2,5 kJ/몰,

=3,8 kJ/몰.

스펙트럼의 다른 영역에서 광자 에너지 값은 표 4.2에서 비교됩니다.

표 4.2 - 분자의 광학 스펙트럼의 서로 다른 영역의 흡수된 양자 에너지

"핵의 진동"과 "분자의 회전"의 개념은 조건부입니다. 사실, 그러한 유형의 운동은 공간에서 핵의 분포에 대한 아이디어를 매우 대략적으로만 전달하며, 이는 전자의 분포와 동일한 확률론적 특성을 가집니다.

이원자 분자의 경우 에너지 준위의 도식적인 시스템이 그림 4.1에 나와 있습니다.

회전 에너지 준위 사이의 전이는 원적외선과 극초단파 영역에서 회전 스펙트럼을 발생시킵니다. 진동 양자 수의 변화는 필연적으로 회전 양자 수의 변화를 수반하기 때문에 동일한 전자 수준 내에서 진동 수준 간의 전환은 근적외선 영역에서 진동 회전 스펙트럼을 제공합니다. 마지막으로, 전자 레벨 사이의 전이는 가시광선 영역과 UV 영역에서 전자-진동-회전 스펙트럼의 출현을 유발합니다.

일반적으로 전이의 수는 매우 클 수 있지만 실제로 스펙트럼에 모두 나타나는 것은 아닙니다. 전환 횟수는 제한되어 있습니다. 선택 규칙 .

분자 스펙트럼은 풍부한 정보를 제공합니다. 다음과 같이 사용할 수 있습니다.

정성 분석에서 물질 식별을 위해 다음과 같이 각 물질에는 고유한 스펙트럼이 있습니다.

정량 분석을 위해;

구조적 그룹 분석의 경우, 예를 들어 >C=O, _NH 2 , _OH 등과 같은 특정 그룹이 스펙트럼에서 특징적인 밴드를 제공하기 때문에;

분자의 에너지 상태 및 분자 특성(핵간 거리, 관성 모멘트, 고유 진동 주파수, 해리 에너지)을 결정하기 위해 분자 스펙트럼에 대한 포괄적인 연구를 통해 분자의 공간 구조에 대한 결론을 도출할 수 있습니다.

매우 빠른 반응 연구를 포함한 동역학 연구에서.

- 전자 수준기의 에너지;

진동 수준의 에너지;

회전 수준의 에너지

그림 4.1 - 이원자 분자의 에너지 준위의 도식적 배열

부게-람베르트-비어 법칙

분자 분광법을 이용한 정량적 분자 분석은 부게-람베르트-비어 법칙 , 입사광 및 투과광의 강도를 흡수층의 농도 및 두께와 관련시킵니다(그림 4.2).

또는 비례 계수:

통합 결과:

(4.19)

(4.20)

입사광의 강도가 한 자릿수만큼 감소할 때

(4.21)

\u003d 1 mol / l이면, 즉 흡수 계수는 1과 같은 농도에서 입사광의 강도가 한 자릿수만큼 감소하는 층의 역수 두께와 같습니다.

흡수 계수는 파장에 따라 다릅니다. 이러한 의존성의 유형은 물질을 식별하기 위해 정성 분석에 사용되는 일종의 분자 "지문"입니다. 이 의존성은 특정 물질에 대한 특징적이고 개별적이며 분자에 포함된 특징적인 그룹과 결합을 반영합니다.

광학 밀도 디

%로 표현

4.2.3 단단한 회전자 근사에서 이원자 분자의 회전 에너지. 분자의 회전 스펙트럼 및 분자 특성 결정을 위한 응용

회전 스펙트럼의 출현은 분자의 회전 에너지가 양자화된다는 사실 때문입니다.

ㅏ

회전축 주위의 분자 회전 에너지

포인트 이후 영형는 분자의 무게 중심입니다.

감소된 질량 표기법 소개:

(4.34)

방정식으로 이어집니다

(4.35)

따라서 이원자 분자(그림 4.7 ㅏ) 축을 중심으로 회전 또는 , 무게 중심을 통과하면 질량이 있는 입자로 단순화할 수 있습니다 , 점 주위에 반경이 있는 원을 설명합니다. 영형(그림 4.7 비).

원자 반지름이 핵간 거리보다 훨씬 작기 때문에 축을 중심으로 분자가 회전하면 관성 모멘트가 거의 0이 됩니다. 분자의 결합선에 서로 수직인 축 또는 에 대한 회전은 동일한 관성 모멘트를 생성합니다.

여기서 는 정수 값만 취하는 회전 양자 수입니다.

0, 1, 2… 에 따라 회전 스펙트럼에 대한 선택 규칙 이원자 분자의 경우 에너지 양자 흡수 시 회전 양자 수의 변화는 하나만 가능합니다.

방정식 (4.37)을 다음 형식으로 변환합니다.

전이시 양자의 흡수에 해당하는 회전 스펙트럼의 선의 파수 제이수준별 에너지 수준 제이+1, 다음 방정식으로 계산할 수 있습니다.

따라서 강체 회전자 모델 근사의 회전 스펙트럼은 서로 동일한 거리에 있는 선의 시스템입니다(그림 4.5b). 강체 회전자 모델에서 추정된 이원자 분자의 회전 스펙트럼의 예는 그림 4.6에 나와 있습니다.

ㅏ 비

그림 4.6 - 회전 스펙트럼 HF (ㅏ) 그리고 CO(비)

할로겐화수소 분자의 경우 이 스펙트럼은 스펙트럼의 원적외선 영역으로, 무거운 분자의 경우 마이크로파로 이동합니다.

이원자 분자의 회전 스펙트럼 발생에 대해 얻은 패턴을 기반으로 실제로 먼저 스펙트럼에서 인접한 선 사이의 거리를 결정한 다음 방정식에 따라 찾습니다.

(4.45)

어디 - 원심 왜곡 상수 , 대략적인 관계에 의해 회전 상수와 관련됩니다. . 수정은 매우 큰 경우에만 고려되어야 합니다. 제이.

다원자 분자의 경우 일반적인 경우 세 가지 다른 관성 모멘트의 존재가 가능합니다. . 분자에 대칭 요소가 있는 경우 관성 모멘트는 일치하거나 심지어 0과 같을 수 있습니다. 예를 들어, 선형 다원자 분자용(CO 2 , OCS, HCN 등)

어디 - 회전 전환에 해당하는 선의 위치 동위 원소 치환 분자에서.

선의 동위원소 이동을 계산하기 위해서는 동위원소의 원자량 변화, 관성모멘트, 회전상수, 선의 위치 등을 고려하여 동위원소 치환된 분자의 환원질량을 순차적으로 계산해야 한다. 방정식 (4.34), (4.35), (4.39) 및 (4.43)에 따른 분자의 스펙트럼에서 또는 동위원소 치환 및 비동위원소 치환에서 동일한 전이에 해당하는 라인의 파수 비율을 추정합니다. 그런 다음 방정식 (4.50)을 사용하여 동위 원소 이동의 방향과 크기를 결정합니다. 핵간 거리가 거의 일정한 경우 , 파수의 비율은 감소된 질량의 역비에 해당합니다.

여기서 총 입자 수는 1당 입자 수입니다. 나- 온도에서의 에너지 수준 티, 케이- 볼츠만 상수, - 통계적 ve 힘 퇴화의 정도 나-번째 에너지 수준은 주어진 수준에서 입자를 찾을 확률을 나타냅니다.

회전 상태의 경우 레벨의 모집단은 일반적으로 입자 수의 비율로 특징지어집니다. 제이- 0 수준에서 입자의 수에 대한 에너지 수준:

(4.53)

어디 - 통계 가중치 제이-번째 회전 에너지 준위는 회전하는 분자의 운동량 축에 대한 투영 수에 해당합니다-분자의 통신선, , 제로 회전 레벨의 에너지 . 함수는 증가할 때 최대값을 거칩니다. 제이, 그림 4.7에서 CO 분자를 예로 들어 설명합니다.

함수의 극한값은 상대 모집단이 최대인 수준에 해당하며, 그 양자수의 값은 극한값에서 함수의 도함수를 결정한 후 얻은 방정식으로 계산할 수 있습니다.

(4.54)

그림 4.7 - 회전 에너지 준위의 상대적 인구

분자 CO 298 및 1000K의 온도에서

예. HI의 회전 스펙트럼에서 인접한 선 사이의 거리가 결정됩니다. 센티미터 -1. 회전 상수, 관성 모멘트 및 분자의 평형 핵간 거리를 계산하십시오.

해결책

Rigid rotator 모델의 근사에서 방정식 (4.45)에 따라 회전 상수를 결정합니다.

센티미터 -1.

분자의 관성 모멘트는 방정식 (4.46)에 따라 회전 상수 값에서 계산됩니다.

킬로그램 . m2.

평형 핵간 거리를 결정하기 위해 수소 핵의 질량을 고려하여 방정식 (4.47)을 사용합니다. 그리고 요오드 kg으로 표시:

예. 1 H 35 Cl 스펙트럼의 원적외선 영역에서 파수가 다음과 같은 선이 발견되었습니다.

관성 모멘트의 평균값과 분자의 핵간 거리를 결정하십시오. 스펙트럼에서 관찰된 선의 특성을 회전 전환으로 지정합니다.

해결책

Rigid rotator 모델에 따르면 회전 스펙트럼의 인접한 선의 파수 차이는 일정하며 2와 같습니다. 스펙트럼에서 인접한 선 사이의 거리 평균값에서 회전 상수를 결정합니다.

센티미터 -1 ,

센티미터 -1

분자의 관성 모멘트를 찾습니다(식(4.46)).

수소 핵의 질량을 고려하여 평형 핵간 거리(식 (4.47))를 계산합니다. 그리고 염소 (kg으로 표시):

방정식 (4.43)을 사용하여 1 H 35 Cl의 회전 스펙트럼에서 선의 위치를 추정합니다.

우리는 라인의 파수 계산 값을 실험 값과 연관시킵니다. 1 H 35 Cl의 회전 스펙트럼에서 관찰된 선은 전이에 해당하는 것으로 밝혀졌습니다.

N 라인
, 센티미터 -1	85.384	106.730	128.076	149.422	170.768	192.114	213.466
	3 4	4 5	5 6	6 7	7 8	8 9	9 10

예.전이에 해당하는 흡수선의 동위 원소 이동의 크기와 방향을 결정하십시오. 염소 원자가 37 Cl 동위 원소로 대체될 때 1 H 35 Cl 분자의 회전 스펙트럼에서 에너지 준위. 1 H 35 Cl 및 1 H 37 Cl 분자의 핵간 거리는 동일한 것으로 간주됩니다.

해결책

전이에 해당하는 선의 동위원소 이동을 결정하기 위해 , 37 Cl의 원자 질량 변화를 고려하여 1 H 37 Cl 분자의 감소된 질량을 계산합니다.

그런 다음 관성 모멘트, 회전 상수 및 선의 위치를 계산합니다. 1 H 37 Cl 분자의 스펙트럼과 방정식 (4.35), (4.39), (4.43) 및 (4.50)에 따른 동위원소 이동 값.

그렇지 않으면 동위 원소 이동은 분자의 동일한 전이에 해당하는 선의 파수 비율(핵간 거리가 일정하다고 가정)과 식 (4.51)을 사용하여 스펙트럼에서 선의 위치로부터 추정할 수 있습니다.

1 H 35 Cl 및 1 H 37 Cl 분자의 경우 주어진 전이의 파수 비율은 다음과 같습니다.

동위 원소로 치환된 분자의 선의 파수를 결정하기 위해 이전 예에서 찾은 전이 파수의 값을 대입합니다. 제이 → 제이+1 (3→4):

결론: 저주파 또는 장파 영역으로의 동위 원소 이동은

85.384-83.049=2.335cm -1 .

예. 1 H 35 Cl 분자의 회전 스펙트럼 중 가장 강한 스펙트럼선의 파수와 파장을 계산하라. 해당 회전 전환에 선을 일치시킵니다.

해결책

분자의 회전 스펙트럼에서 가장 강렬한 선은 회전 에너지 수준의 최대 상대 밀도와 관련이 있습니다.

1 H 35 Cl( cm -1)을 방정식(4.54)에 넣으면 이 에너지 수준의 수를 계산할 수 있습니다.

이 수준에서 회전 전이의 파수는 식 (4.43)으로 계산됩니다.

다음과 관련하여 변환된 방정식(4.11)에서 전이 파장을 찾습니다.

4.2.4 다변수 작업 번호 11 "이원자 분자의 회전 스펙트럼"

1. 이원자 분자의 회전 에너지를 강체 회전자로 계산하기 위해 양자 역학 방정식을 작성하십시오.

2. 강체 회전자로서 이원자 분자가 다음 상위 양자 준위를 통과할 때의 회전 에너지 변화를 계산하는 방정식을 유도한다. .

3. 회전 양자수에 대한 이원자 분자의 흡수 스펙트럼에서 회전선의 파수의 의존성에 대한 방정식을 유도하십시오.

4. 이원자 분자의 회전 흡수 스펙트럼에서 인접한 선의 파수 차이를 계산하는 방정식을 유도하십시오.

5. 이원자 분자의 회전 상수(cm -1 및 m -1)를 계산합니다. ㅏ분자의 회전 흡수 스펙트럼의 장파장 적외선 영역에서 인접한 두 선의 파수에 의해(표 4.3 참조) .

6. 분자의 회전 에너지 결정 ㅏ처음 5개의 양자 회전 수준(J)에서.

7. 단단한 회전자로서 이원자 분자의 회전 운동의 에너지 준위를 개략적으로 그립니다.

8. 강체 회전자가 아닌 분자의 회전 양자 준위를 이 다이어그램에 플로팅합니다.

9. 회전흡수스펙트럼에서 인접한 선들의 파수의 차이로부터 평형 핵간 거리를 계산하는 식을 유도하라.

10. 이원자 분자의 관성 모멘트(kg. m 2) 결정 ㅏ.

11. 분자의 감소된 질량(kg)을 계산합니다. ㅏ.

12. 분자의 평형 핵간 거리() 계산 ㅏ. 결과 값을 참조 데이터와 비교하십시오.

13. 분자의 회전 스펙트럼에서 관찰된 선을 지정합니다. ㅏ회전 전환으로.

14. 레벨에서 회전 전이에 해당하는 스펙트럼 선의 파수를 계산합니다. 제이분자를 위해 ㅏ(표 4.3 참조).

15. 동위 원소로 치환된 분자의 감소된 질량(kg)을 계산합니다. 비.

16. 레벨에서 회전 전환과 관련된 스펙트럼 라인의 파수를 계산합니다. 제이분자를 위해 비(표 4.3 참조). 분자의 핵간 거리 ㅏ그리고 비평등하다고 생각하십시오.

17. 분자의 회전 스펙트럼에서 동위 원소 이동의 크기와 방향을 결정하십시오. ㅏ그리고 비회전 레벨 전환에 해당하는 스펙트럼 라인의 경우 제이.

18. 분자의 회전 에너지가 증가함에 따라 흡수선 강도가 비단조적으로 변화하는 이유를 설명하십시오.

19. 가장 높은 상대적 인구에 해당하는 회전 수준의 양자수를 결정합니다. 분자의 회전 스펙트럼 중 가장 강렬한 스펙트럼선의 파장을 계산합니다. ㅏ그리고 비.

화학 결합 및 분자 구조.

분자 - 서로 연결된 동일하거나 다른 원자로 구성된 물질의 가장 작은 입자 화학 접착제, 기본 화학적 및 물리적 특성의 운반체입니다. 화학 결합은 원자의 외부 원자가 전자의 상호 작용으로 인해 발생합니다. 분자에서 가장 자주 발견되는 두 가지 유형의 결합이 있습니다. 이온 및 공유 결합.

이온 결합(예: 분자 내 NaCl, KVR)는 한 원자에서 다른 원자로 전자가 전이되는 동안 원자의 정전기 상호 작용에 의해 수행됩니다. 양이온과 음이온의 형성에.

공유 결합(예: H 2 , C 2 , CO 분자에서)은 원자가 전자가 두 개의 이웃 원자에 의해 공유될 때 수행됩니다(가전자의 스핀은 역평행이어야 함). 공유 결합은 수소 분자의 전자와 같은 동일한 입자의 구별 불가능성의 원리에 기초하여 설명됩니다. 입자의 구별 불가능성은 교환 상호 작용.

분자는 양자 시스템입니다. 그것은 분자 내 전자의 운동, 분자 원자의 진동 및 분자의 회전을 고려하는 슈뢰딩거 방정식으로 설명됩니다. 이 방정식의 해는 매우 복잡한 문제이며 일반적으로 전자와 핵에 대한 두 가지로 나뉩니다. 분리된 분자의 에너지:

어디에 핵에 대한 전자의 운동 에너지는 핵의 진동 에너지 (핵의 상대적 위치가 주기적으로 변경됨), 핵의 회전 에너지 (결과적으로 방향이 공간의 분자는 주기적으로 변합니다). 공식 (13.1)은 분자 질량 중심의 병진 에너지와 분자 내 원자핵의 에너지를 고려하지 않습니다. 첫 번째는 양자화되지 않았기 때문에 그 변화가 분자 스펙트럼의 출현으로 이어질 수 없으며 두 번째는 스펙트럼 선의 초미세 구조를 고려하지 않으면 무시할 수 있습니다. eV, eV, eV, 그래서 >>>>.

식(13.1)에 포함된 각 에너지는 양자화(불연속 에너지 준위 집합에 해당)하고 양자수로 결정됩니다. 한 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 전환하는 동안 에너지가 흡수되거나 방출됩니다 D E=hv.이러한 전환 중에 전자 운동 에너지, 진동 에너지 및 회전 에너지가 동시에 변경됩니다. 이론과 실험에 따르면 회전 에너지 준위 사이의 거리 D는 진동 준위 사이의 거리 D보다 훨씬 작으며, 이는 다시 전자 준위 사이의 거리 D보다 작습니다. 그림 13.1은 이원자 에너지 준위를 개략적으로 보여줍니다. 분자(예를 들어, 두 개의 전자 수준만 굵은 선으로 표시됨).

분자의 구조와 에너지 수준의 특성은 분자 스펙트럼– 분자의 에너지 수준 사이의 양자 전이에서 발생하는 방출(흡수) 스펙트럼. 분자의 방출 스펙트럼은 에너지 수준의 구조와 해당 선택 규칙에 의해 결정됩니다.

따라서 준위 사이의 다른 유형의 전이는 다른 유형의 분자 스펙트럼을 발생시킵니다. 분자에서 방출되는 스펙트럼선의 주파수는 한 전자 준위에서 다른 전자 준위로의 전이에 해당할 수 있습니다. (전자 스펙트럼) 또는 한 진동(회전) 수준에서 다른( 진동(회전) 스펙트럼) 또한 동일한 값으로 전환도 가능합니다. 그리고 세 가지 구성 요소 모두의 값이 다른 수준으로 전자 진동 및 진동 회전 스펙트럼.

일반적인 분자 스펙트럼은 밴드형이며, 이는 자외선, 가시광선 및 적외선 영역에서 다소 좁은 밴드의 조합입니다.

고해상도 분광 장비를 사용하면 변두리가 매우 밀접하게 간격을 두고 있어 분해하기 어렵다는 것을 알 수 있습니다. 분자 스펙트럼의 구조는 분자마다 다르며 분자 내 원자 수가 증가함에 따라 더욱 복잡해집니다(연속적인 광대역만 관찰됨). 다원자 분자만이 진동 및 회전 스펙트럼을 가지고 있는 반면, 이원자 분자는 가지고 있지 않습니다. 이것은 이원자 분자가 쌍극자 모멘트를 갖지 않는다는 사실에 의해 설명됩니다(진동 및 회전 전이 중에 쌍극자 모멘트의 변화가 없으며, 이는 전이 확률이 0이 아닌 데 필요한 조건입니다). 분자 스펙트럼은 분자의 구조와 특성을 연구하는 데 사용되며 분자 스펙트럼 분석, 레이저 분광법, 양자 전자 공학 등에 사용됩니다.

분자 스펙트럼, 전자석의 방출 및 흡수 스펙트럼. 방사선과 조합. 자유 또는 약하게 결합된 분자에 속하는 빛의 산란. 이들은 스펙트럼의 X선, UV, 가시광선, IR 및 전파(마이크로파 포함) 영역에서 일련의 밴드(선) 형태를 가집니다. 방출 스펙트럼 (방출 분자 스펙트럼) 및 흡수 (흡수 분자 스펙트럼) 스펙트럼에서 밴드 (선)의 위치는 주파수 v (파장 l \u003d c / v, 여기서 c는 광속) 및 파수로 특징 지어집니다. \u003d 1 / l; 에너지 E "와 E 사이의 차이에 의해 결정됩니다. 양자 전이가 발생하는 분자 상태 :

(h는 플랑크 상수입니다). 결합할 때 산란에서 hv의 값은 입사 에너지와 산란된 광자의 에너지 차이와 같습니다. 밴드(선)의 강도는 주어진 유형의 분자 수(농도), 에너지 수준 E" 및 E:의 모집단 및 해당 전이의 확률과 관련됩니다.

방사선의 방출 또는 흡수로 인한 전이 확률은 주로 전기 매트릭스 요소의 제곱에 의해 결정됩니다. 전이의 쌍극자 모멘트, 보다 정확한 고려 사항 - 그리고 매그의 매트릭스 요소의 제곱. 그리고 전기 분자의 사중극자 모멘트(양자 전이 참조). 결합할 때 광 산란에서 전이 확률은 분자 전이의 유도된(유도된) 쌍극자 모멘트의 매트릭스 요소, 즉 분자의 polarizability의 매트릭스 요소로.

부두의 상태. 시스템, to-rymi 사이의 전이는 이들 또는 저 분자 스펙트럼의 형태로 표시되며 서로 다른 성질을 가지며 에너지가 크게 다릅니다. 특정 유형의 에너지 준위는 서로 멀리 떨어져 있어 전환 중에 분자가 고주파 방사선을 흡수하거나 방출합니다. 다른 자연 수준 사이의 거리는 작으며 어떤 경우에는 외부가 없습니다. 필드 레벨 병합(퇴화). 작은 에너지 차이에서 저주파 영역에서 전이가 관찰됩니다. 예를 들어, 특정 원소의 원자핵은 고유합니다. 매그너스 토크 및 전기 스핀 관련 사중극자 모멘트. 전자도 자석을 가지고 있습니다. 스핀과 관련된 순간. 외부 부재시 자기 방향 필드 순간은 임의적입니다. 그것들은 양자화되지 않고 상응하는 에너지입니다. 상태는 퇴보합니다. 외부 적용시 영구 자석. 필드에서는 축퇴가 해제되고 스펙트럼의 무선 주파수 영역에서 관찰되는 에너지 수준 간의 전환이 가능합니다. 이것이 NMR 및 EPR 스펙트럼이 발생하는 방식입니다(핵 자기 공명, 전자 상자성 공명 참조).

키네틱 분포 부두에서 방출되는 전자의 에너지. X선 또는 경자외선 조사의 결과로 시스템에 X선을 제공합니다.분광법 및 광전자 분광법. 추가의 쇼핑몰에서 프로세스. 초기 여기로 인해 발생하는 시스템은 다른 스펙트럼의 출현으로 이어집니다. 따라서 이완의 결과로 Auger 스펙트럼이 발생합니다. 내선에서 전자 캡처. 쉘 to.-l. 빈 내선당 원자 껍질, 그리고 방출된 에너지로 바뀌었습니다. 키네틱에서 에너지 다른 전자 ext. 원자에서 방출되는 껍질. 이 경우 중성 분자의 특정 상태에서 그들이 말하는 상태로 양자 전이가 수행됩니다. 이온(오거 분광법 참조).

전통적으로 광학적 특성과 관련된 스펙트럼만 고유한 분자 스펙트럼이라고 합니다. 세 가지 주요 요소와 관련된 분자의 전자 진동 회전, 에너지 수준 사이의 전환. 에너지 유형. 분자 수준 - 세 가지 유형의 ext에 해당하는 전자 E el, 진동 E 카운트 및 회전 E vr. 분자의 움직임. E el의 경우 주어진 전자 상태에서 분자의 평형 구성 에너지를 취하십시오. 분자의 가능한 전자 상태 세트는 전자 껍질과 대칭의 특성에 의해 결정됩니다. 그네. 각 전자 상태에서 평형 위치에 대한 분자 내 핵의 움직임은 여러 진동에서 양자화됩니다. 자유도, 복잡한 진동 시스템이 형성됩니다. 에너지 레벨 E col. 결합된 핵의 단단한 시스템으로서 분자 전체의 회전은 회전을 특징으로 합니다. 양자화되어 회전을 형성하는 움직임의 수의 순간. 상태(회전 에너지 수준) E temp. 일반적으로 전자 전이의 에너지는 여러 수준입니다. eV, 진동 -10 -2 ... 10 -1 eV, 회전 -10 -5 ... 10 -3 eV.

어떤 에너지 수준 사이에 방출, 흡수 또는 조합으로 전환이 있는지에 따라 다릅니다. 전자기 산란. 방사선 - 전자, 진동. 또는 회전식, 전자식, 진동식을 구분합니다. 및 회전 분자 스펙트럼. 문서 전자 스펙트럼 , 진동 스펙트럼 , 회전 스펙트럼은 분자의 해당 상태, 양자 전이에 대한 선택 규칙, 피어 방법에 대한 정보를 제공합니다. 분광학뿐만 아니라 분자의 특성이 무엇인지. 분자 스펙트럼에서 얻음: 세인트 아일랜드 및 전자 상태의 대칭, 진동. 상수, 해리 에너지, 분자 대칭, 회전. 상수, 관성 모멘트, 기하. 매개변수, 전기 쌍극자 모멘트, 구조 및 내선 데이터. 역장 등. 가시광선 및 UV 영역의 전자 흡수 및 발광 스펙트럼은 분포에 대한 정보를 제공합니다.

1. 복잡하고 다양한 광학 라인 스펙트럼과 달리 다양한 요소의 X-선 특성 스펙트럼은 단순하고 균일합니다. 원자 번호가 증가함에 따라 지 요소, 그들은 단조롭게 단파장 측으로 이동합니다.

2. 서로 다른 원소의 특성 스펙트럼은 유사한 성질(동일한 유형)을 가지며 우리가 관심을 갖는 원소가 다른 원소와 결합되어도 변경되지 않습니다. 이것은 전자가 전자로 전환되는 동안 특성 스펙트럼이 발생한다는 사실에 의해서만 설명될 수 있습니다. 내부 부품원자, 유사한 구조를 가진 부분.

3. 특성 스펙트럼은 여러 계열로 구성됩니다. 에게,엘, 중, ...각 시리즈 - 적은 수의 라인에서: 에게 ㅏ , 에게 β , 에게 γ , ... 엘 ㅏ , 엘 β , 엘 와이 , ... 등 파장의 내림차순으로 λ .

특징적인 스펙트럼의 분석은 원자가 X선 항의 시스템을 가지고 있다는 이해로 이어졌습니다. 에게,엘, 중, ...(그림 13.6). 같은 그림은 특성 스펙트럼의 모양에 대한 다이어그램을 보여줍니다. 원자의 여기는 내부 전자 중 하나가 제거될 때 발생합니다(충분히 높은 에너지의 전자 또는 광자의 작용 하에서). 두 개의 전자 중 하나가 탈출하면 케이-수준 (N= 1) 그러면 비워진 자리는 더 높은 수준의 전자가 차지할 수 있습니다. 엘, 중, N, 등 결과적으로 케이-시리즈. 다른 계열도 같은 방식으로 발생합니다. 엘, 중,...

시리즈 에게,그림에서 볼 수 있듯이. 13.6, 그것은 분명히 다른 시리즈의 출현을 수반합니다. 왜냐하면 그 라인이 방출될 때 전자가 레벨에서 방출되기 때문입니다. 엘, 중그리고 다른 것들은 차례로 더 높은 수준의 전자로 채워질 것입니다.

분자 스펙트럼. 분자의 결합 유형, 분자의 에너지, 진동 및 회전 운동 에너지.

분자 스펙트럼.

분자 스펙트럼 - 빛의 라만 산란뿐만 아니라 방출 및 흡수의 광학 스펙트럼(참조. 빛의 라만 산란), 자유롭거나 느슨하게 관련된 분자 m.m.s. 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 전형적인 M. with. - 줄무늬, 방출 및 흡수 및 라만 산란에서 자외선, 가시광선 및 근적외선 영역에서 다소 좁은 밴드 세트의 형태로 관찰되며 세트에 사용되는 스펙트럼 기기의 충분한 분해능으로 붕괴됩니다. 밀접하게 간격을 둔 선의. M.s. 다른 분자에 따라 다르며 일반적으로 말해서 분자의 원자 수가 증가함에 따라 더 복잡해집니다. 고도로 복잡한 분자의 경우 가시광선 및 자외선 스펙트럼은 몇 개의 넓은 연속 밴드로 구성됩니다. 이러한 분자의 스펙트럼은 서로 유사합니다.

위의 가정 하에서 수소 분자에 대한 슈뢰딩거 방정식의 해로부터 거리에 대한 에너지 고유 값의 의존성을 얻습니다. 아르 자형 핵 사이, 즉 전자 =이자형(아르 자형).

분자 에너지

어디 이자형 el - 핵에 대한 전자의 이동 에너지; 이자형세다 - 핵의 진동 에너지 (핵의 상대 위치가 주기적으로 변경되는 결과) 이자형회전 - 핵의 회전 에너지 (그 결과 공간에서 분자의 방향이 주기적으로 변경됨).

공식 (13.45)은 분자 질량 중심의 병진 운동 에너지와 분자 내 원자핵의 에너지를 고려하지 않습니다. 첫 번째는 양자화되지 않았기 때문에 그 변화가 분자 스펙트럼의 출현으로 이어질 수 없으며 두 번째는 스펙트럼 선의 초미세 구조를 고려하지 않으면 무시할 수 있습니다.

증명 이자형이메일 >> 이자형계산 >> 이자형회전하면서 이자형 el ≈ 1 – 10 eV. 식(13.45)에 포함된 각 에너지는 양자화되고 이산 에너지 준위 세트가 이에 해당합니다. 한 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 전환하는 동안 에너지 Δ가 흡수되거나 방출됩니다. 이자형 = hv. 이론과 실험에서 회전 에너지 레벨 사이의 거리 Δ 이자형회전은 진동 수준 Δ 사이의 거리보다 훨씬 작습니다. 이자형카운트는 전자 레벨 Δ 사이의 거리보다 작습니다. 이자형이메일

분자의 구조와 에너지 수준의 특성은 분자 스펙트럼 - 분자의 에너지 수준 사이의 양자 전이에서 발생하는 방출(흡수) 스펙트럼. 분자의 방출 스펙트럼은 에너지 준위의 구조와 해당 선택 규칙에 의해 결정됩니다(예: 진동 및 회전 운동 모두에 해당하는 양자 수의 변화는 ±1이어야 함). 수준 사이의 다양한 유형의 전이는 다양한 유형의 분자 스펙트럼을 발생시킵니다. 분자에서 방출되는 스펙트럼선의 주파수는 한 전자 준위에서 다른 전자 준위로의 전이에 해당할 수 있습니다( 전자 스펙트럼 ) 또는 한 진동(회전) 수준에서 다른 [ 진동(회전) 스펙트럼 ].

또한 동일한 값을 가진 트랜지션도 가능합니다. 이자형세다 그리고 이자형회전 세 가지 구성 요소 모두의 값이 다른 수준으로 전자 발진기 그리고 진동 회전 스펙트럼 . 따라서 분자의 스펙트럼은 매우 복잡합니다.

전형적인 분자 스펙트럼 - 줄무늬 , 자외선, 가시 광선 및 적외선 영역에서 다소 좁은 밴드 모음입니다. 고해상도 분광 장비를 사용하면 변두리가 매우 밀접하게 간격을 두고 있어 분해하기 어렵다는 것을 알 수 있습니다.

분자 스펙트럼의 구조는 분자마다 다르며 분자 내 원자 수가 증가함에 따라 더욱 복잡해집니다(연속적인 광대역만 관찰됨). 다원자 분자만이 진동 및 회전 스펙트럼을 가지고 있는 반면, 이원자 분자는 가지고 있지 않습니다. 이것은 이원자 분자가 쌍극자 모멘트를 갖지 않는다는 사실에 의해 설명됩니다(진동 및 회전 전이 중에 쌍극자 모멘트의 변화가 없으며, 이는 전이 확률이 0이 아닌 데 필요한 조건입니다).

분자 스펙트럼은 분자의 구조와 특성을 연구하는 데 사용되며 분자 스펙트럼 분석, 레이저 분광법, 양자 전자 공학 등에 사용됩니다.

분자의 결합 유형 화학 결합- 상호작용 현상 원자중복으로 인해 전자 구름감소를 동반하는 결합 입자 완전한 에너지시스템. 이온 결합- 내구성 화학 결합, 차이가 큰 원자 사이에 형성 전기음성도, 총 전자쌍더 큰 전기 음성도를 가진 원자로 완전히 전달됩니다.. 이것은 반대 전하를 띤 물체로서의 이온의 매력입니다. 전기음성도(χ)- 원자의 기본적인 화학적 성질, 능력의 정량적 특성 원자 V 분자자신을 향해 이동 공유 전자쌍. 공유 결합(원자 결합, 호메오폴라 결합) - 화학 결합, 쌍의 중첩(사회화)에 의해 형성됨 원자가 전자 구름. 통신을 제공하는 전자구름(전자)을 공통 전자쌍.수소 결합- 사이의 연결 음전기원자와 수소 원자 시간관련된 공유적으로다른 사람과 음전기원자. 금속 연결 - 화학 결합, 비교적 자유로운 존재로 인해 전자. 둘 다 순수의 특징 궤조, 그리고 그들의 합금그리고 금속간 화합물.

빛의 라만 산란.

이것은 물질에 의한 빛의 산란이며, 산란된 빛의 주파수에서 눈에 띄는 변화가 수반됩니다. 소스가 라인 스펙트럼을 방출하면 K. r. 와 함께. 산란광 스펙트럼에서 추가 선이 발견되며 그 수와 배열은 물질의 분자 구조와 밀접한 관련이 있습니다. K.r. 와 함께. 1차 광속의 변형은 일반적으로 산란 분자가 다른 진동 및 회전 수준으로 전환되는 것을 동반합니다. , 또한 산란 스펙트럼에서 새로운 선의 주파수는 입사광의 주파수와 산란 분자의 진동 및 회전 전이 주파수의 조합이므로 이름이 붙여졌습니다. "에게. 아르 자형. 와 함께.".

K. r의 스펙트럼을 관찰하기 위해. 와 함께. 연구 대상에 강렬한 광선을 집중시키는 것이 필요합니다. 흥미 진진한 광원으로 수은 램프가 60 년대부터 가장 많이 사용되었습니다. - 레이저 광선. 산란된 빛이 집중되어 분광기로 들어가는데, 여기서 K. r. 와 함께. 사진 또는 광전 방식으로 기록됩니다.

분자 스펙트럼

방출 및 흡수의 광학 스펙트럼, 빛의 라만 산란(빛의 라만 산란 참조) , 자유롭거나 약하게 상호 연결된 Molecule m. M. s에 속합니다. 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 전형적인 M. with. - 줄무늬, 방출 및 흡수 및 라만 산란에서 자외선, 가시광선 및 근적외선 영역에서 다소 좁은 밴드 세트의 형태로 관찰되며 세트에 사용되는 스펙트럼 기기의 충분한 분해능으로 붕괴됩니다. 밀접하게 간격을 둔 선의. M.s. 다른 분자에 따라 다르며 일반적으로 말해서 분자의 원자 수가 증가함에 따라 더 복잡해집니다. 고도로 복잡한 분자의 경우 가시광선 및 자외선 스펙트럼은 몇 개의 넓은 연속 밴드로 구성됩니다. 이러한 분자의 스펙트럼은 서로 유사합니다.

시간ν = 이자형‘ - 이자형‘’, (1)

어디 시간ν는 방출된 흡수 광자의 에너지와 주파수 ν( 시간- 막대는 일정합니다). 라만 산란용 시간ν는 입사 에너지와 산란된 광자의 에너지 차이와 같습니다. M.s. 원자에서보다 분자에서 더 복잡한 내부 운동에 의해 결정되는 선 원자 스펙트럼보다 훨씬 더 복잡합니다. 분자 내 2개 이상의 핵에 대한 전자의 이동과 함께 평형 위치 주변의 핵(핵을 둘러싼 내부 전자와 함께)의 진동 운동과 분자 전체의 회전 운동이 있습니다. 이러한 세 가지 유형의 운동(전자, 진동 및 회전)은 세 가지 유형의 에너지 수준과 세 가지 유형의 스펙트럼에 해당합니다.

양자 역학에 따르면 분자 내 모든 유형의 운동 에너지는 특정 값만 취할 수 있습니다. 즉, 양자화됩니다. 분자의 총 에너지 이자형세 가지 유형의 모션 에너지의 양자화 값의 합으로 대략적으로 나타낼 수 있습니다.

이자형 = 이자형이메일 + 이자형카운트 + 이자형회전 (2)

크기 순서대로

어디 중는 전자의 질량이고 양은 중분자 내 원자핵의 질량 순서, 즉 mm분자 스펙트럼 10 -3 -10 -5, 따라서:

이자형이메일 >> 이자형계산 >> 이자형회전 (4)

대개 이자형여러 순서의 엘 에프(수백 kJ/몰), 이자형 col 분자 스펙트럼 10 -2 -10 -1 EV, E회전 분자 스펙트럼 10 -5 -10 -3 EV.

(4)에 따르면, 분자의 에너지 준위 시스템은 서로 멀리 떨어져 있는 일련의 전자 준위를 특징으로 합니다(서로 다른 값). 이자형이메일 주소 이자형카운트 = 이자형회전 = 0), 서로 훨씬 더 가까운 진동 수준(서로 다른 값) 이자형주어진 것을 세다 이자형땅 이자형 rotation = 0) 및 훨씬 더 가까운 간격의 회전 수준(다른 값 이자형주어진 회전 이자형이메일과 이자형세다). ~에 쌀. 1 이원자 분자 수준의 체계가 제공됩니다. 다원자 분자의 경우 레벨 시스템이 훨씬 더 복잡해집니다.

전자 에너지 수준( 이자형(2) 및 다이어그램의 엘 쌀. 1 분자의 평형 구성에 해당합니다(평형 값을 특징으로 하는 이원자 분자의 경우 아르 자형 0 핵간 거리 아르 자형, 센티미터. 쌀. 1 예술에서. 분자). 각 전자 상태는 특정 평형 구성 및 특정 값에 해당합니다. 이자형엘자; 가장 작은 값은 주 에너지 수준에 해당합니다.

분자의 전자 상태 세트는 전자 껍질의 특성에 의해 결정됩니다. 기본적으로 값 이자형 el은 양자 화학 방법으로 계산할 수 있습니다(Quantum Chemistry 참조). , 그러나이 문제는 대략적인 방법과 비교적 간단한 분자의 도움으로 만 해결할 수 있습니다. 화학 구조에 의해 결정되는 분자의 전자 준위(전자 에너지 준위의 배열 및 특성)에 대한 가장 중요한 정보는 분자 구조를 연구함으로써 얻을 수 있습니다.

주어진 전자 에너지 준위의 매우 중요한 특성은 양자수의 값입니다(양자수 참조). 에스,분자의 모든 전자의 총 스핀 모멘트의 절대 값을 특성화합니다. 화학적으로 안정한 분자는 일반적으로 짝수의 전자를 가지며, 에스= 0, 1, 2... (메인 전자 수준기의 경우 값 에스= 0, 흥분된 경우 - 에스= 0 및 에스= 1). 레벨 에스= 0은 싱글렛이라고 합니다. 에스= 1 - 삼중선(분자 내 상호 작용으로 인해 χ = 2로 분할되기 때문입니다. 에스+ 1 = 3개의 하위 수준; 다양성 참조) . 자유 라디칼은 일반적으로 홀수의 전자를 가지고 있습니다. 에스= 1 / 2 , 3 / 2 , ... 및 값 에스= 1 / 2(χ = 2 하위 수준으로 분할되는 이중 수준).

평형 구성이 대칭인 분자의 경우 전자 준위를 추가로 분류할 수 있습니다. 모든 원자의 핵을 통과하는 대칭축(무한 차수)을 갖는 이원자 및 선형 삼원자 분자의 경우(그림 1 참조) 쌀. 2 , b) , 전자 레벨은 분자 축에 대한 모든 전자의 총 궤도 각 운동량 투영의 절대 값을 결정하는 양자 수 λ의 값을 특징으로합니다. λ = 0, 1, 2, ...인 레벨은 각각 Σ, П, Δ...로 표시하고, χ의 값은 좌측 상단의 인덱스로 표시(예를 들어, 3 Σ, 2 π, ...). CO 2 및 C 6 H 6 과 같이 대칭 중심을 가진 분자의 경우(참조. 쌀. 2 , b, c), 모든 전자 레벨은 인덱스로 표시되는 짝수와 홀수로 나뉩니다. g그리고 유(대칭 중심에서 뒤집을 때 파동 함수가 부호를 유지하는지 또는 변경하는지 여부에 따라 다름).

진동 에너지 수준(값 이자형 kol)은 대략 조화로 간주되는 진동 운동을 양자화하여 찾을 수 있습니다. 이원자 분자의 가장 단순한 경우(핵간 거리의 변화에 해당하는 하나의 진동 자유도) 아르 자형) 고조파 발진기로 간주됩니다. ; 그것의 양자화는 등거리 에너지 레벨을 제공합니다:

이자형카운트 = 시간ν e (υ +1/2), (5)

여기서 ν e는 분자의 고조파 진동의 기본 주파수이고 υ는 0, 1, 2, ... 값을 취하는 진동 양자 수입니다. 쌀. 1 두 가지 전자 상태에 대한 진동 수준이 표시됩니다.

다음으로 구성된 다원자 분자의 각 전자 상태에 대해 N원자( N≥ 3) 및 에프진동 자유도( 에프 = 3N- 5와 에프 = 3N- 선형 및 비선형 분자의 경우 각각 6), 밝혀졌습니다. 에프소위. 주파수 ν i ( 나 = 1, 2, 3, ..., 에프) 및 진동 수준의 복잡한 시스템:

어디 υ i = 0, 1, 2, ...는 해당 진동 양자수입니다. 접지 전자 상태에서 정상 진동의 주파수 세트는 화학 구조에 따라 분자의 매우 중요한 특성입니다. 분자의 모든 원자 또는 그 일부는 특정 정상적인 진동에 참여합니다. 이 경우 원자는 하나의 주파수로 고조파 진동을 만듭니다. V i 이지만 진동의 모양을 결정하는 진폭이 다릅니다. 정상적인 진동은 모양에 따라 원자가(결합선의 길이가 변하는 경우)와 변형(화학 결합 사이의 각도가 변하는 경우 - 원자가 각도)으로 나뉩니다. 대칭성이 낮은 분자(2보다 높은 대칭 축이 없음)에 대한 서로 다른 진동 주파수의 수는 2이고 모든 진동은 비축퇴적이며, 보다 대칭적인 분자의 경우 이중 및 삼중 축퇴 진동이 있습니다(쌍 및 삼중체의 주파수가 일치하는 진동). 예를 들어, 비선형 삼원자 분자 H 2 O( 쌀. 2 , ㅏ) 에프= 3 및 3개의 비축퇴 진동이 가능합니다(2개의 원자가 및 1개의 변형). 보다 대칭적인 선형 삼원자 CO 2 분자( 쌀. 2 , b) 있다 에프= 4 - 2개의 비축퇴 진동(가자) 및 1개의 이중 축퇴(변형). 평면형 고도 대칭 분자 C 6 H 6 ( 쌀. 2 , c) 밝혀졌다 에프= 30 - 비축퇴 진동 10개 및 이중 축퇴 진동 10개; 이 중 14개의 진동이 분자 평면에서 발생하고(8개의 원자가 및 6개의 변형), 6개의 비평면 변형 진동이 이 평면에 수직으로 발생합니다. 훨씬 더 대칭적인 사면체 CH 4 분자( 쌀. 2 , d) 있다 에프 = 9 - 1개의 비축퇴 진동(원가), 1개의 이중 축퇴(변형) 및 2개의 3축 축퇴(1개의 원자가 및 1개의 변형).

회전 에너지 준위는 분자를 특정 관성 모멘트를 가진 고체로 간주하여 분자의 회전 운동을 양자화하여 찾을 수 있습니다(관성 모멘트 참조). 이원자 또는 선형 다원자 분자의 가장 단순한 경우에 회전 에너지

어디 나는 분자의 축에 수직인 축에 대한 분자의 관성 모멘트이고, 중- 운동량의 회전 모멘트. 양자화 규칙에 따르면,

회전 양자 수는 어디에 있습니까? 제이= 0, 1, 2, ..., 따라서 이자형받은 회전 수:

회전 상수는 어디에 있습니까? 쌀. 1각 전자 진동 상태에 대한 회전 수준이 표시됩니다.

다양한 유형의 M. with. 분자의 에너지 수준 사이의 다양한 유형의 전이 중에 발생합니다. (1)과 (2)에 따르면

Δ 이자형 = 이자형‘ - 이자형‘’ = Δ 이자형엘 + Δ 이자형카운트 + Δ 이자형회전, (8)

어디 변화 Δ 이자형엘, Δ 이자형카운트 및 Δ 이자형전자, 진동 및 회전 에너지의 회전은 다음 조건을 충족합니다.

Δ 이자형이메일 >> Δ 이자형카운트 >> Δ 이자형회전 (9)

[에너지 자체와 동일한 수준의 수준 사이의 거리 이자형엘자, 이자형올과 이자형조건 (4)를 만족하는 회전].

Δ에서 이자형 el ≠ 0, 가시광선 및 자외선(UV) 영역에서 관찰되는 전자 M.s가 얻어진다. 일반적으로 Δ에서 이자형 el ≠ 0 동시에 Δ 이자형카운트 ≠ 0 및 Δ 이자형회전 ≠ 0; 다른 Δ 이자형주어진 Δ에 대한 카운트 이자형 el은 서로 다른 진동 밴드에 해당합니다( 쌀. 삼 ), 다른 Δ 이자형주어진 Δ에 대한 회전 이자형엘과 Δ 이자형카운트 - 이 밴드가 분리되는 별도의 회전 라인; 특징적인 줄무늬 구조가 얻어집니다 ( 쌀. 4 ). 주어진 Δ를 갖는 밴드 세트 이자형 el (주파수를 갖는 순전히 전자적 전환에 해당 V엘 = Δ 이자형이메일 / 시간) 밴드 시스템이라고 함; 개별 밴드는 상대 전이 확률(양자 전이 참조)에 따라 서로 다른 강도를 가지며 양자 역학적 방법으로 대략적으로 계산할 수 있습니다. 복잡한 분자의 경우 주어진 전자 전이에 해당하는 한 시스템의 밴드는 일반적으로 하나의 넓은 연속 밴드로 병합되며 이러한 여러 광대역이 서로 겹칠 수 있습니다. 특징적인 불연속 전자 스펙트럼은 유기 화합물의 냉동 용액에서 관찰됩니다(Shpol'skii 효과 참조). 전자(보다 정확하게는 전자-진동-회전) 스펙트럼은 프리즘 또는 회절 격자를 사용하여 빛을 스펙트럼(그림 스펙트럼 기기 참조).

Δ에서 이자형 el = 0, Δ 이자형 col ≠ 0, 진동 M.s가 얻어지고 가까이에서 관찰됩니다(최대 몇 미크론) 및 중간(최대 수십 미크론) 적외선(IR) 영역, 일반적으로 흡수 및 빛의 라만 산란. 원칙적으로 동시에 Δ 이자형회전 ≠ 0 및 주어진 이자형이 작업을 수행하면 별도의 회전선으로 분리되는 진동 밴드가 생성됩니다. 진동 M.s에서 가장 강렬합니다. Δ에 해당하는 밴드 υ = υ ’ - υ '' = 1(다원자 분자의 경우 - Δ υ 나는 = υ 나'- υ i''= Δ에서 1 υ 케이 = υ 케이'- υ k '' = 0, 여기서 케이≠나).

순수 하모닉 진동의 경우 이러한 선택 규칙 , 다른 전환을 금지하는 것은 엄격하게 수행됩니다. 불협화음 진동에 대해 밴드가 나타나며, Δ υ > 1(배음); 강도는 일반적으로 작고 Δ가 증가함에 따라 감소합니다. υ .

진동(보다 정확하게는 진동-회전) 스펙트럼은 IR 방사선에 투명한 프리즘이 있는 IR 분광계 또는 회절 격자, 푸리에 분광계 및 고구경 분광기를 사용하는 라만 산란을 사용하여 흡수의 IR 영역에서 실험적으로 연구됩니다. 가시 영역) 레이저 여기를 사용합니다.

Δ에서 이자형 el = 0 및 Δ 이자형 col = 0, 개별 라인으로 구성된 순수 회전 M.s.를 얻습니다. 그들은 먼 거리(수백 미크론) IR 영역, 특히 마이크로웨이브 영역과 라만 스펙트럼에서. 이원자 및 선형 다원자 분자(및 충분히 대칭인 비선형 다원자 분자)의 경우, 이러한 선은 간격 Δν = 2로 서로 균등하게 간격을 둡니다(주파수 척도에서). 비흡수 스펙트럼 및 Δν = 4 비라만 스펙트럼에서.

순수한 회전 스펙트럼은 마이크로웨이브(마이크로파) 분광계를 사용하는 마이크로파 영역에서 특수 회절 격자(echelettes) 및 푸리에 분광계가 있는 IR 분광계를 사용하여 원적외선 영역에서 흡수에 대해 연구됩니다(마이크로파 분광법 참조). , 또한 높은 조리개 분광기의 도움으로 라만 산란에서.

분자량 연구를 기반으로 하는 분자 분광법을 사용하면 화학, 생물학 및 기타 과학(예: 석유 제품, 고분자 물질 등의 구성 결정)의 다양한 문제를 해결할 수 있습니다. M.s. 분자의 구조를 연구합니다. 전자 M. with. 분자의 전자 껍질에 대한 정보를 얻고, 여기 수준과 그 특성을 결정하고, 분자의 해리 에너지를 찾을 수 있습니다(분자의 진동 수준을 해리 경계로 수렴하여). 진동 M.s. 분자 내 특정 유형의 화학 결합(예: 단순 이중 및 삼중 C-C 결합, 유기 분자의 경우 C-H, N-H, O-H 결합), 다양한 원자 그룹(예: CH 2 , CH 3 , NH 2), 분자의 공간 구조를 결정하고 시스- 및 트랜스-이성질체를 구별합니다. 이를 위해 적외선 흡수 스펙트럼(IRS)과 라만 스펙트럼(RSS)이 모두 사용됩니다. IR 방법은 특히 분자 구조를 연구하는 가장 효과적인 광학 방법 중 하나로 널리 보급되었습니다. SRS 방법과 결합하여 가장 완전한 정보를 제공합니다. 전자 및 진동 스펙트럼의 회전 구조뿐만 아니라 회전 분자력에 대한 연구는 경험에서 발견된 분자의 관성 모멘트 값으로부터 [회전 상수의 값에서 얻은] 것을 가능하게 합니다. , (7) 참조], 결합 길이 및 결합 각도와 같은 분자의 평형 구성 매개변수(예: H 2 O와 같은 단순한 분자의 경우)를 매우 정확하게 찾기 위해. 결정해야 할 매개변수의 수를 늘리기 위해 동위원소 분자(특히 수소가 중수소로 대체됨)의 스펙트럼을 연구하는데, 이는 평형 구성 매개변수는 동일하지만 관성 모멘트는 다릅니다.

M.의 응용 프로그램의 예입니다. 분자의 화학 구조를 결정하려면 벤젠 분자 C 6 H 6 을 고려하십시오. 그녀의 M.s. 분자가 평평하고 벤젠 고리의 6개 C-C 결합이 모두 동일하며 정육각형을 형성하는 모델의 정확성을 확인합니다. 쌀. 2 , b) 평면에 수직인 분자의 대칭 중심을 통과하는 6차 대칭축을 갖는다. 전자 M. with. 흡수 C 6 H 6은 그라운드 짝수 싱글렛 레벨에서 여기된 홀수 레벨로의 전이에 해당하는 여러 밴드 시스템으로 구성되며, 그 중 첫 번째는 트리플렛이고 높은 것은 싱글렛입니다( 쌀. 5 ). 밴드 시스템은 1840년 지역에서 가장 강렬합니다. ㅏ (이자형 5 - 이자형 1 = 7,0 에프), 대역 시스템은 3400 영역에서 가장 약합니다. ㅏ (이자형 2 - 이자형 1 = 3,8에프), 전체 스핀에 대한 대략적인 선택 규칙에 의해 금지되는 단일항-삼중항 전환에 해당합니다. 전환은 소위 흥분에 해당합니다. 벤젠 고리 전체에 비편재화된 π 전자(분자 참조) ; 전자 분자 스펙트럼에서 파생된 레벨 다이어그램 쌀. 5 대략적인 양자 역학 계산과 일치합니다. 진동 M.s. C 6 H 6은 분자 내 대칭 중심의 존재에 해당합니다. ICS에 나타나는(활성) 진동 주파수는 SKR에 없고(비활성) 그 반대도 마찬가지입니다(소위 대체 금지). C6H6의 20개 정상 진동 중 4개는 ICS에서 활성화되고 7개는 TFR에서 활성화되며 나머지 11개는 ICS와 TFR 모두에서 비활성화됩니다. 측정된 주파수의 값(in 센티미터 -1): 673, 1038, 1486, 3080(IKS에서) 및 607, 850, 992, 1178, 1596, 3047, 3062(TFR에서). 주파수 673 및 850은 면외 진동에 해당하고 다른 모든 주파수는 평면 진동에 해당합니다. 평면 진동의 특히 특징은 주파수 992(벤젠 고리의 주기적인 압축 및 스트레칭으로 구성된 C-C 결합의 스트레칭 진동에 해당), 주파수 3062 및 3080(C-H 결합의 스트레칭 진동에 해당) 및 주파수 607(벤젠 고리의 변형 진동에 해당). C 6 H 6의 관찰된 진동 스펙트럼(및 C 6 D 6의 유사한 진동 스펙트럼)은 이론적 계산과 매우 잘 일치하여 이러한 스펙트럼의 완전한 해석을 제공하고 모든 정상 진동의 형태를 찾을 수 있습니다.

마찬가지로 M.s. 폴리머 분자와 같은 매우 복잡한 것까지 다양한 종류의 유기 및 무기 분자의 구조를 결정합니다.

문학.: Kondratiev V.N., 원자 및 분자 구조, 2판, M., 1959; Elyashevich M. A., 원자 및 분자 분광법, M., 1962; Herzberg G., 이원자 분자의 스펙트럼 및 구조, 트랜스. 영어에서, M., 1949; 그의, 다원자 분자의 진동 및 회전 스펙트럼, 트랜스. 영어에서, M., 1949; 그의, 전자 스펙트럼 및 다원자 분자의 구조, 트랜스. 영어에서, M., 1969; 화학에서의 분광학의 응용, ed. V. 베스타, 트랜스. 영어, M., 1959에서.

M. A. Elyashevich.

쌀. 4. N 2 분자의 3805Å 전자-진동 밴드의 회전 분할.

쌀. 1. 이원자 분자의 에너지 수준 체계: a 및 b - 전자 수준; V" 그리고 V" -진동 수준의 양자 수. 제이" 그리고 제이" -회전 수준의 양자 수.

쌀. 2. 분자의 평형 구성: a - H 2 O; b - CO 2; 안으로 - C 6 H 6; d-CH4 . 숫자는 결합 길이(Å)와 결합 각도를 나타냅니다.

쌀. 5. 벤젠 분자의 전자 수준 및 전이 체계. 에너지 수준은 에프. C - 싱글렛 수준; T - 삼중항 수준. 레벨 패리티는 문자 g와 u로 표시됩니다. 흡수 밴드 시스템의 경우 대략적인 파장 범위(Å)가 표시되고 밴드 시스템이 더 강할수록 두꺼운 화살표로 표시됩니다.

쌀. 3. 근자외선 영역에서 N 2 분자의 전자-진동 스펙트럼; 밴드 그룹은 Δ의 다른 값에 해당합니다. V = V" - V ".

위대한 소비에트 백과 사전. - M.: 소비에트 백과사전. 1969-1978 .

다른 사전에 "분자 스펙트럼"이 무엇인지 확인하십시오.

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