Молекулалық спектрлер.

Молекула – бұл өзара химиялық байланыстармен байланысқан бірдей немесе әр түрлі атомдардан тұратын заттың ең кіші бөлігі.
Химиялық байланыс атомдардың сыртқы (валентті) өзара әсерлесуіне негізделген. Молекулаларда ең жиі кездесетін байланыстың екі түрі бар:

1) Иондық байланыс электрон бір атомнан екінші атомға өту кезінде (мысалы, молекулада NaCl: ) атомдардың кулондық тартылысымен жүзеге асады.

2) Ковалентті байланыс валентті электрондардың екі көршілес атоммен (бірдей бөлшектердің теңбе-теңдігі салдарынан) ортақтасуы кезінде жүзеге асады. Молекуланың әрбір атомының электроны басқа атом ядросында біраз уақыт болатынын көруге болады. Мұндай ерекше кванттық әсерлесу айырбас әсерлесу деп аталады.

Молекула кванттық жүйе болып табылады; ол молекуладағы электрондардың қозғалсын, молекуладағы атомдардың тербелісін, молекулалардың айналуын ескеретін Шредингер теңдеуімен сипатталады.

Бұл теңдеудің шешуі – өте қиын тапсырма. Әдетте ол екіге ажыратылады: электрондар және ядролар үшін.

Оқшауланған молекуланың энергиясын қосынды түрінде көрсетуге болады:

мұндағы, – ядроға қатысты электрондар қозғалысының энергиясы, - ядро тербелісінің энергиясы, - ядро айналуының энергиясы. Олардың арасындағы қатынас:

мұнда - электронның массасы, - молекуладағы атом ядросы массасының ретіне ие шама. . Сондықтан: .

Энергия масштабтары: , , эВ.

Энергиялардың әрқайсысы квантталады және кванттық сандармен анықталады.

Тербеліс энергиясы тербелмелі кванттық санның v аз мәндерінде гармоникалық осциллятордың энергиясы үшін формуламен анықталады:

(v=0,1,2,...).

мұнымен тербелмелі кванттық сан үшін сұрыптау ережесі: .

Молекуланың тербеліс энергиясы бұрыштық жылдамдықпен айналады және оның инерциясының центрінен өтетін оське қатысты I инерция моментіне тең:

мұнда M = I - молекула импульсінің моменті.

Импульс моменті мына заң бойынша квантталады:

(j = 0, 1, 2,...)

мұнда - айналмалы кванттық сан.

Осылайша, молекуланың айналыс энергиясы тек квантталған мәнге ғана ие бола алады:

Айналмалы кванттық сан үшін сұрыптау ережесі: .

Бір энергетикалық күйден екіншісіне өткенде сұрыптау ережесін ескеріп, энергиясы бар фотон жұтылады немесе шығарылады. Суретте екі атомды молекуланың энергия деңгейлері көрсетілген (мысал үшін екі электронды деңгей көрсетілген: негізгі электрондық күй және бірінші қоздырылған элекрондық күй).

Әдеттегі молекулалық спектрлер жолақтардың жиынтығы (жолақ спектрлер) болып табылады. Олар тығыз орналасқан сызықтардың үлкен санынан тұрады – энергетикалық деңгейлер арасындағы өтулерді тек қана жоғары дәлдіктегі спектрлік приборлармен ажыратуға болады.