Struktur und Spektren von Molekülen. Allgemeine Eigenschaften molekularer Spektren Spektrale Eigenschaften von Molekülen

13.11.2021 | Gesundheit

Molekülspektren, optische Emissions- und Absorptionsspektren sowie Raman-Streuung von Licht, Zugehörigkeit zu frei oder lose verwandt Moleküle. MS. haben eine komplexe Struktur. Typisch M. mit. - gestreift, werden sie bei Emission und Absorption sowie bei der Raman-Streuung in Form einer Reihe mehr oder weniger schmaler Bänder im ultravioletten, sichtbaren und nahen Infrarotbereich beobachtet, die bei ausreichendem Auflösungsvermögen der verwendeten Spektralinstrumente in eine Reihe zerfallen aus eng beieinander liegenden Linien. Die spezifische Struktur von M. s. ist für verschiedene Moleküle unterschiedlich und wird im Allgemeinen mit zunehmender Anzahl von Atomen in einem Molekül komplizierter. Bei hochkomplexen Molekülen bestehen die sichtbaren und ultravioletten Spektren aus wenigen breiten kontinuierlichen Banden; die Spektren solcher Moleküle sind einander ähnlich.

MS. auftreten, wenn Quantenübergänge zwischen Energieniveaus E' Und E'' Moleküle entsprechend dem Verhältnis

H n= E‘ - E‘’, (1)

Wo H n ist die Energie der emittierten absorbierten Energie Photon Frequenzen n ( H -Plancksche Konstante ). Für Raman-Streuung H n ist gleich der Differenz zwischen den Energien der einfallenden und gestreuten Photonen. MS. viel komplizierter als die Linienatomspektren, was durch die größere Komplexität der inneren Bewegungen in einem Molekül als in Atomen bestimmt wird. Zusammen mit der Bewegung von Elektronen relativ zu zwei oder mehr Kernen in Molekülen gibt es eine oszillierende Bewegung der Kerne (zusammen mit den sie umgebenden inneren Elektronen) um die Gleichgewichtspositionen und eine Rotationsbewegung des gesamten Moleküls. Diese drei Arten von Bewegungen – elektronische, Vibrations- und Rotationsbewegungen – entsprechen drei Arten von Energieniveaus und drei Arten von Spektren.

Nach der Quantenmechanik kann die Energie aller Bewegungsarten in einem Molekül nur bestimmte Werte annehmen, ist also quantisiert. Die Gesamtenergie des Moleküls E kann näherungsweise als Summe quantisierter Energiewerte dargestellt werden drei Typen ihre Bewegungen:

E = E E-Mail + E zählen + E Drehung (2)

In der Größenordnung

Wo M ist die Masse des Elektrons und die Quantität M hat die Größenordnung der Masse der Atomkerne im Molekül, d.h. m/M~ 10 -3 -10 -5 , also:

E E-Mail >> E zählen >> E Drehung (4)

Gewöhnlich E el in der Größenordnung von mehreren ev(einige Hundert kJ/mol), E zählen ~ 10 -2 -10 -1 Vorabend Drehung ~ 10 -5 -10 -3 ev.

Gemäß (4) ist das System der Energieniveaus eines Moleküls durch eine Reihe weit auseinander liegender Elemente gekennzeichnet elektronische Wasserwaagen(verschiedene Bedeutungen E E-Mail an E zählen = E Rotation = 0), Schwingungsniveaus, die viel näher beieinander liegen (unterschiedliche Werte). E bei einem gegebenen Wert zählen E Land E Rotation = 0) und noch dichter beieinander liegende Rotationsebenen (verschiedene Werte). E Rotation bei gegeben E E-Mail und E zählen).

Elektronische Energieniveaus ( E el in (2) entsprechen den Gleichgewichtskonfigurationen des Moleküls (im Fall eines zweiatomigen Moleküls, das durch den Gleichgewichtswert gekennzeichnet ist). R 0 Kernabstand R . Jeder elektronische Zustand entspricht einer bestimmten Gleichgewichtskonfiguration und einem bestimmten Wert E el; kleinster Wert entspricht dem Grundenergieniveau.

Der Satz elektronischer Zustände eines Moleküls wird durch die Eigenschaften seiner Elektronenhülle bestimmt. Im Grunde die Werte E e kann mit Methoden berechnet werden Quantenchemie, Jedoch gegebene Aufgabe kann nur mit Näherungsmethoden und für relativ einfache Moleküle gelöst werden. Die wichtigsten Informationen über die elektronischen Niveaus eines Moleküls (die Anordnung der elektronischen Energieniveaus und ihre Eigenschaften), die durch seine chemische Struktur bestimmt werden, werden durch die Untersuchung seiner Molekülstruktur gewonnen.

Ein sehr wichtiges Merkmal eines bestimmten elektronischen Energieniveaus ist der Wert Quantenzahl S, Charakterisierung des Absolutwerts des Gesamtspinmoments aller Elektronen des Moleküls. Chemisch stabile Moleküle haben in der Regel eine gerade Zahl an Elektronen, und zwar für sie S= 0, 1, 2... (für die elektronische Hauptebene der Wert S= 0, und für aufgeregt - S= 0 und S= 1). Ebenen von S= 0 heißen Singuletts, mit S= 1 - Triplett (da die Wechselwirkung im Molekül zu deren Aufspaltung in c = 2 führt S+ 1 = 3 Unterebenen) . MIT freie Radikale haben in der Regel eine für sie ungerade Anzahl an Elektronen S= 1 / 2 , 3 / 2 , ... und der Wert S= 1 / 2 (Dublettebenen, die sich in c = 2 Unterebenen aufteilen).

Für Moleküle, deren Gleichgewichtskonfiguration symmetrisch ist, können die elektronischen Niveaus weiter klassifiziert werden. Im Fall von zweiatomigen und linearen dreiatomigen Molekülen mit einer Symmetrieachse (unendlicher Ordnung), die durch die Kerne aller Atome verläuft , Elektronische Niveaus werden durch die Werte der Quantenzahl l charakterisiert, die den Absolutwert der Projektion des gesamten Bahndrehimpulses aller Elektronen auf die Achse des Moleküls bestimmt. Ebenen mit l = 0, 1, 2, ... werden jeweils mit S, P, D... bezeichnet, und der Wert von c wird durch den Index oben links angezeigt (z. B. 3 S, 2 p, ...). Für Moleküle mit einem Symmetriezentrum, wie CO 2 und C 6 H 6 , Alle elektronischen Ebenen sind in gerade und ungerade unterteilt und durch Indizes gekennzeichnet G Und u(abhängig davon, ob die Wellenfunktion bei Umkehrung im Symmetriezentrum ihr Vorzeichen behält oder ändert).

Schwingungsenergieniveaus (Werte E kol) kann durch Quantisierung der Schwingungsbewegung ermittelt werden, die annähernd als harmonisch angesehen wird. Im einfachsten Fall eines zweiatomigen Moleküls (ein Schwingungsfreiheitsgrad entspricht einer Änderung des Kernabstands). R) wird es als harmonisch betrachtet Oszillator; seine Quantisierung ergibt äquidistante Energieniveaus:

E zählen = H n e (u +1/2), (5)

wobei n e die Grundfrequenz ist harmonische Schwingungen Moleküle, u ist eine Schwingungsquantenzahl, die die Werte 0, 1, 2, ... annimmt. Für jeden elektronischen Zustand eines mehratomigen Moleküls bestehend aus N Atome ( N³ 3) und haben F Schwingungsfreiheitsgrade ( F = 3N- 5 und F = 3N- 6 für lineare bzw. nichtlineare Moleküle), stellt sich heraus F sogenannt. Normalschwingungen mit Frequenzen n i ( ich = 1, 2, 3, ..., F) und ein komplexes System von Schwingungsniveaus:

Wo u i = 0, 1, 2, ... sind die entsprechenden Schwingungsquantenzahlen. Der Frequenzsatz der Normalschwingungen im elektronischen Grundzustand ist abhängig von seiner chemischen Struktur ein sehr wichtiges Merkmal eines Moleküls. Alle Atome des Moleküls oder Teile davon nehmen an einer bestimmten Normalschwingung teil; Atome erzeugen in diesem Fall harmonische Schwingungen mit einer Frequenz v i , jedoch mit unterschiedlichen Amplituden, die die Form der Schwingung bestimmen. Normalschwingungen werden entsprechend ihrer Form in Valenz (bei der sich die Längen der Bindungslinien ändern) und Verformung (bei der sich die Winkel zwischen chemischen Bindungen ändern – Valenzwinkel) unterteilt. Die Anzahl der unterschiedlichen Schwingungsfrequenzen für Moleküle mit niedriger Symmetrie (die keine Symmetrieachsen mit einer höheren Ordnung als 2 haben) beträgt 2, und alle Schwingungen sind nicht entartet, während es für symmetrischere Moleküle zweifach und dreifach entartete Schwingungen (Paare und Tripletts von) gibt Schwingungen, die in ihrer Frequenz übereinstimmen). Zum Beispiel für ein nichtlineares dreiatomiges Molekül H 2 O F= 3 und drei nicht entartete Schwingungen sind möglich (zwei Valenz- und eine Deformation). Ein symmetrischeres lineares dreiatomiges CO 2 -Molekül hat F= 4 - zwei nicht entartete Schwingungen (Valenz) und eine doppelt entartete Schwingung (Deformation). Für ein planares hochsymmetrisches C 6 H 6-Molekül erhalten wir F= 30 - zehn nicht entartete und 10 doppelt entartete Schwingungen; Davon treten 14 Schwingungen in der Ebene des Moleküls auf (8 Valenz- und 6 Deformationsschwingungen) und 6 nichtplanare Deformationsschwingungen – senkrecht zu dieser Ebene. Ein noch symmetrischeres tetraedrisches CH 4 -Molekül hat f= 9 - eine nicht entartete Schwingung (Valenz), eine zweifach entartete Schwingung (Deformation) und zwei dreifach entartete Schwingungen (eine Valenz und eine Deformation).

Die Rotationsenergieniveaus können durch Quantisierung der Rotationsbewegung eines Moleküls ermittelt werden, wobei man es mit Sicherheit als starren Körper betrachtet Trägheitsmomente. Im einfachsten Fall eines zweiatomigen oder linearen mehratomigen Moleküls seine Rotationsenergie

Wo ICH ist das Trägheitsmoment des Moleküls um eine Achse senkrecht zur Achse des Moleküls und M- Rotationsimpuls. Gemäß den Quantisierungsregeln gilt

Wo ist die Rotationsquantenzahl? J= 0, 1, 2, ... und daher für E Rotation erhalten:

wobei die Rotationskonstante den Maßstab der Abstände zwischen den Energieniveaus bestimmt, der mit zunehmender Kernmasse und Kernabständen abnimmt.

Verschiedene Arten von M. mit. entstehen bei verschiedenen Arten von Übergängen zwischen den Energieniveaus von Molekülen. Nach (1) und (2)

D E = E‘ - E'' = D E el + D E zählen + D E Rotation, (8)

wo ändert sich D E el, D E Graf und D E Die Rotation elektronischer, Schwingungs- und Rotationsenergien erfüllt die Bedingung:

D E E-Mail >> D E zählen >> D E Drehung (9)

[Abstände zwischen Ebenen in der gleichen Größenordnung wie die Energien selbst E el, E ol und E Drehung, die Bedingung (4) erfüllt.

Bei D E el ¹ 0, elektronische M. s werden erhalten, beobachtet im sichtbaren und im ultravioletten (UV) Bereich. Normalerweise bei D E el ¹ 0 gleichzeitig D E Spalte ¹ 0 und D E Drehung ¹ 0; verschiedene D E zählen für ein gegebenes D E el entsprechen verschiedenen Schwingungsbändern und unterschiedlichen D E Drehung für gegebenes D E el und d E zählen – separate Rotationslinien, in die dieses Band zerfällt; Es entsteht eine charakteristische Streifenstruktur.

Rotationsaufspaltung der elektronischen Schwingungsbande 3805 des N 2 -Moleküls

Die Menge der Bänder mit einem gegebenen D E el (entspricht einem rein elektronischen Übergang mit einer Frequenz v el=D E Email / H) wird als Bandsystem bezeichnet; Abhängig von den relativen Übergangswahrscheinlichkeiten, die mit quantenmechanischen Methoden näherungsweise berechnet werden können, weisen einzelne Bänder unterschiedliche Intensitäten auf. Bei komplexen Molekülen verschmelzen die Bänder eines Systems, die einem bestimmten elektronischen Übergang entsprechen, normalerweise zu einem breiten kontinuierlichen Band, und mehrere dieser breiten Bänder können einander überlappen. In gefrorenen Lösungen organischer Verbindungen werden charakteristische diskrete elektronische Spektren beobachtet . Elektronische (genauer gesagt elektronische Schwingungs-Rotations-)Spektren werden experimentell mit Spektrographen und Spektrometern mit Glasoptik (für den sichtbaren Bereich) und Quarzoptik (für den UV-Bereich) untersucht, bei denen Prismen oder Beugungsgitter verwendet werden, um Licht in a zu zerlegen Spektrum. .

Bei D E el = 0 und D E Spalte ¹ 0, Schwingungs-M. s werden erhalten, beobachtet in einer Nähe (bis zu mehreren). Mikron) und in der Mitte (bis zu mehreren Zehnern). Mikron) Infrarot (IR)-Bereich, normalerweise bei der Absorption sowie bei der Raman-Streuung von Licht. In der Regel gleichzeitig E Drehung ¹ 0 und für eine gegebene E Dadurch entsteht ein Schwingungsband, das in einzelne Rotationslinien zerfällt. Das intensivste Schwingungs-M. s. Streifen entsprechend D u = u’ - u'' = 1 (für mehratomige Moleküle - D u ich = u ich'- u i ''= 1 bei D u k = u k'- u k '' = 0, wo k¹i).

Für rein harmonische Schwingungen sind dies Auswahlregeln, das Verbot, dass andere Übergänge strikt durchgeführt werden; Bänder erscheinen für anharmonische Schwingungen, für die D u> 1 (Obertöne); Ihre Intensität ist normalerweise gering und nimmt mit zunehmendem D ab u.

Schwingungsspektren (genauer gesagt Schwingungs-Rotations-Spektren) werden experimentell im IR-Bereich in der Absorption mit IR-Spektrometern mit für IR-Strahlung transparenten Prismen oder mit Beugungsgittern sowie Fourier-Spektrometern und in der Raman-Streuung mit Spektrographen mit hoher Apertur untersucht ( z sichtbaren Bereich) mittels Laseranregung.

Bei D E el = 0 und D E col = 0 erhält man rein rotatorische M. s., bestehend aus einzelnen Linien. Sie werden in der Ferne (Hunderte) in Absorption beobachtet Mikron)IR-Bereich und insbesondere im Mikrowellenbereich, sowie in den Raman-Spektren. Bei zweiatomigen und linearen mehratomigen Molekülen (sowie bei ausreichend symmetrischen nichtlinearen mehratomigen Molekülen) sind diese Linien (in der Frequenzskala) gleichmäßig voneinander beabstandet und haben Intervalle Dn = 2 B in Absorptionsspektren und Dn = 4 B in Raman-Spektren.

Reine Rotationsspektren werden in der Absorption im fernen Infrarotbereich mit IR-Spektrometern mit speziellen Beugungsgittern (Echelettes) und Fourier-Spektrometern untersucht, im Mikrowellenbereich mit Mikrowellen-(Mikrowellen-)Spektrometern , und auch in der Raman-Streuung mit Hilfe von Spektrographen mit hoher Apertur.

Methoden der molekularen Spektroskopie, die auf der Untersuchung des Molekulargewichts basieren, ermöglichen die Lösung verschiedener Probleme in der Chemie, Biologie und anderen Wissenschaften (z. B. die Bestimmung der Zusammensetzung von Erdölprodukten, Polymersubstanzen usw.). In der Chemie nach M. s. Studieren Sie die Struktur von Molekülen. Elektronisches M. mit. ermöglichen es, Informationen über die Elektronenhüllen von Molekülen zu erhalten, die angeregten Niveaus und ihre Eigenschaften zu bestimmen und die Dissoziationsenergien von Molekülen zu ermitteln (durch die Konvergenz der Schwingungsniveaus des Moleküls an den Dissoziationsgrenzen). Studium der Vibrations-M. s. ermöglicht es Ihnen, die charakteristischen Schwingungsfrequenzen zu finden, die bestimmten Arten chemischer Bindungen in einem Molekül entsprechen (z. B. einfache Doppel- und Dreifachbindungen). C-C-Verbindungen, C-H-Verbindungen, N-H, O-H für organische Moleküle), verschiedene Gruppen Atome (zum Beispiel CH 2, CH 3, NH 2), bestimmen die räumliche Struktur von Molekülen, unterscheiden zwischen cis- und trans-Isomeren. Hierzu werden sowohl Infrarot-Absorptionsspektren (IRS) als auch Raman-Spektren (RSS) verwendet. Besonders verbreitet ist die IR-Methode als eine der effektivsten optischen Methoden zur Untersuchung der Struktur von Molekülen. In Kombination mit der SRS-Methode liefert es die umfassendsten Informationen. Die Untersuchung der molekularen Rotationskräfte sowie der Rotationsstruktur elektronischer und Schwingungsspektren ermöglicht es, aus den aus der Erfahrung ermittelten Werten der Trägheitsmomente von Molekülen [die aus den Werten der Rotationskonstanten gewonnen werden , siehe (7)], um mit großer Genauigkeit (für einfachere Moleküle, zum Beispiel H 2 O) Parameter der Gleichgewichtskonfiguration des Moleküls zu finden – Bindungslängen und Bindungswinkel. Um die Anzahl der zu bestimmenden Parameter zu erhöhen, werden die Spektren von Isotopenmolekülen (insbesondere bei denen Wasserstoff durch Deuterium ersetzt wird) untersucht, die die gleichen Parameter der Gleichgewichtskonfigurationen, aber unterschiedliche Trägheitsmomente aufweisen.

Als Beispiel für die Bewerbung von M. mit. Um die chemische Struktur von Molekülen zu bestimmen, betrachten Sie ein Benzolmolekül C 6 H 6 . Das Studium ihres M. s. bestätigt die Richtigkeit des Modells, wonach das Molekül flach ist und alle 6 C-C-Bindungen im Benzolring äquivalent sind und ein regelmäßiges Sechseck mit einer Symmetrieachse sechster Ordnung bilden, die durch das Symmetriezentrum des Moleküls senkrecht zu seinem verläuft Flugzeug. Elektronisches M. mit. Absorption C 6 H 6 besteht aus mehreren Bandensystemen, die Übergängen vom geraden Grund-Singulett-Niveau zu angeregten ungeraden Niveaus entsprechen, von denen das erste ein Triplett und die höheren ein Singulett-Niveau sind. Das Bandsystem ist in der Region um 1840 am intensivsten ( E 5 - E 1 = 7,0 ev), das Bandsystem ist im Bereich von 3400 am schwächsten ( E 2 - E 1 = 3,8ev), entsprechend dem Singulett-Triplett-Übergang, der durch die Näherungsauswahlregeln für den Gesamtspin verboten ist. Übergänge entsprechen der Anregung des sogenannten. p-Elektronen sind über den gesamten Benzolring verteilt ; Das aus den elektronischen Molekülspektren erhaltene Niveauschema stimmt mit näherungsweise quantenmechanischen Berechnungen überein. Vibrations-M. s. C 6 H 6 entsprechen dem Vorhandensein eines Symmetriezentrums im Molekül – die Schwingungsfrequenzen, die im ICS erscheinen (aktiv), fehlen im SKR (inaktiv) und umgekehrt (das sogenannte alternative Verbot). Von den 20 normalen Schwingungen von C6H6 sind 4 im ICS und 7 im TFR aktiv, die restlichen 11 sind sowohl im ICS als auch im TFR inaktiv. Die Werte der gemessenen Frequenzen (in cm -1): 673, 1038, 1486, 3080 (im ICS) und 607, 850, 992, 1178, 1596, 3047, 3062 (im TFR). Die Frequenzen 673 und 850 entsprechen Schwingungen außerhalb der Ebene, alle anderen Frequenzen entsprechen Schwingungen in der Ebene. Besonders charakteristisch für planare Schwingungen sind die Frequenz 992 (entsprechend der Streckschwingung der C-C-Bindungen, die in einer periodischen Kompression und Streckung des Benzolrings besteht), die Frequenzen 3062 und 3080 (entsprechend den Streckschwingungen der C-H-Bindungen) und die Frequenz 607 (entsprechend der Verformungsschwingung des Benzolrings). Die beobachteten Schwingungsspektren von C 6 H 6 (und ähnliche Schwingungsspektren von C 6 D 6) stimmen sehr gut mit theoretischen Berechnungen überein, die eine vollständige Interpretation dieser Spektren und die Ermittlung der Formen aller Normalschwingungen ermöglichten.

Ebenso mit Hilfe von M. s. Bestimmen Sie die Struktur verschiedener Klassen organischer und anorganischer Moleküle, bis hin zu sehr komplexen, wie z. B. Polymermolekülen.

Vorlesung 12. Kernphysik. Der Aufbau des Atomkerns.

Kern- Dies ist der zentrale massive Teil des Atoms, um den sich Elektronen in Quantenbahnen drehen. Die Masse des Kerns ist etwa 4·10 3 mal größer als die Masse aller Elektronen, aus denen das Atom besteht. Die Kernelgröße ist sehr klein (10 -12 -10 -13). cm), der etwa 105-mal kleiner ist als der Durchmesser des gesamten Atoms. Die elektrische Ladung ist positiv und entspricht im absoluten Wert der Summe der Ladungen der Atomelektronen (da das Atom als Ganzes elektrisch neutral ist).

Der Kern wurde von E. Rutherford (1911) in Experimenten zur Streuung von a-Teilchen beim Durchgang durch Materie entdeckt. Nachdem Rutherford entdeckt hatte, dass a-Teilchen häufiger als erwartet in großen Winkeln streuen, schlug er vor, dass die positive Ladung des Atoms in einem kleinen Kern konzentriert ist (davor dominierten die Ideen von J. Thomson, wonach die positive Ladung des Das Atom wurde als gleichmäßig über sein Volumen verteilt betrachtet. Rutherfords Idee wurde von seinen Zeitgenossen nicht sofort akzeptiert (das Haupthindernis war der Glaube an den unvermeidlichen Fall atomarer Elektronen auf den Kern aufgrund des Energieverlusts durch elektromagnetische Strahlung bei der Bewegung in der Umlaufbahn um den Kern). Eine wichtige Rolle bei seiner Anerkennung spielte das berühmte Werk von N. Bohr (1913), das den Grundstein für die Quantentheorie des Atoms legte. Bohr postulierte die Stabilität von Bahnen als Ausgangsprinzip der Quantisierung der Bewegung atomarer Elektronen und leitete daraus dann die Gesetzmäßigkeiten linienoptischer Spektren ab, die das umfangreiche empirische Material (Balmer-Reihe usw.) erklärten. Etwas später (Ende 1913) zeigte Rutherfords Schüler G. Moseley experimentell, dass sich die kurzwellige Grenze der Linienröntgenspektren von Atomen mit einer Änderung der Ordnungszahl Z eines Elements im Periodensystem verschiebt der Elemente entspricht Bohrs Theorie, wenn wir annehmen, dass die elektrische Ladung des Kerns (in Einheiten der Elektronenladung) gleich Z ist. Diese Entdeckung durchbrach die Barriere des Misstrauens vollständig: Es stellte sich heraus, dass es sich um ein neues physikalisches Objekt handelte – den Kern fest mit einer ganzen Reihe scheinbar heterogener Phänomene verbunden, die nun eine einzige und physikalisch transparente Erklärung erhielten. Nach der Arbeit von Moseley wurde die Tatsache der Existenz des Atomkerns endgültig in der Physik nachgewiesen.

Kernzusammensetzung. Zum Zeitpunkt der Entdeckung des Kerns waren nur zwei Elementarteilchen bekannt – das Proton und das Elektron. Dementsprechend wurde es als wahrscheinlich angesehen, dass der Kern aus ihnen bestand. Allerdings Ende der 20er Jahre. 20. Jahrhundert Die Proton-Elektron-Hypothese stand vor einer ernsthaften Schwierigkeit, die als „Stickstoffkatastrophe“ bezeichnet wurde: Nach der Proton-Elektron-Hypothese hätte der Stickstoffkern 21 Teilchen (14 Protonen und 7 Elektronen) enthalten müssen, von denen jedes einen Spin von 1/ hatte 2. Der Spin des Stickstoffkerns musste halbzahlig sein, und laut der Messung optischer Molekülspektren stellte sich heraus, dass der Spin gleich 1 war.

Die Zusammensetzung des Kerns wurde nach der Entdeckung von J. Chadwick (1932) aufgeklärt. Neutron. Die Masse des Neutrons liegt, wie sich bereits aus den ersten Experimenten von Chadwick herausstellte, nahe an der Masse des Protons und der Spin beträgt 1/2 (später ermittelt). Die Idee, dass der Kern aus Protonen und Neutronen besteht, wurde erstmals von D. D. Ivanenko (1932) gedruckt und unmittelbar darauf von W. Heisenberg (1932) veröffentlicht. Die Annahme über die Protonen-Neutronen-Zusammensetzung des Kerns wurde später experimentell vollständig bestätigt. In der modernen Kernphysik werden Proton (p) und Neutron (n) häufig unter der gemeinsamen Bezeichnung Nukleon zusammengefasst. Gesamtzahl Die Anzahl der Nukleonen in einem Kern wird als Massenzahl bezeichnet A, die Anzahl der Protonen ist gleich der Kernladung Z (in Einheiten der Elektronenladung), der Anzahl der Neutronen N = A - Z. Bei Isotope gleiches Z, aber anders A Und N, die Kerne haben die gleiche Isobare A und verschiedene Z und N.

Im Zusammenhang mit der Entdeckung neuer Teilchen, die schwerer als Nukleonen sind, den sogenannten. Nukleonen-Isobaren, es stellte sich heraus, dass sie auch Teil des Kerns sein müssen (intranukleare Nukleonen, die miteinander kollidieren, können sich in Nukleonen-Isobaren verwandeln). Im einfachsten Kernel - Deuteron , bestehend aus einem Proton und einem Neutron, sollten Nukleonen in etwa 1 % der Fälle in Form von Nukleonenisobaren vorliegen. Eine Reihe beobachteter Phänomene zeugen für die Existenz solcher isobaren Zustände in Kernen. Zusätzlich zu Nukleonen und Nukleonenisobaren, in Kernen periodisch für kurze Zeit (10 -23 -10 -24). Sek) erscheinen Mesonen , einschließlich der leichtesten von ihnen - p-Mesonen. Die Wechselwirkung von Nukleonen wird auf mehrere Akte der Emission eines Mesons durch eines der Nukleonen und seiner Absorption durch ein anderes reduziert. So entstehend. Austauschmesonenströme beeinflussen insbesondere die elektromagnetischen Eigenschaften von Kernen. Die deutlichste Manifestation von Austauschmesonenströmen wurde in der Reaktion der Deuteronspaltung durch hochenergetische Elektronen und g-Quanten gefunden.

Wechselwirkung von Nukleonen. Die Kräfte, die Nukleonen im Kern halten, werden genannt nuklear . Dies sind die stärksten aller in der Physik bekannten Wechselwirkungen. Die Kernkräfte, die zwischen zwei Nukleonen in einem Kern wirken, sind größenordnungsmäßig hundertmal stärker als die elektrostatische Wechselwirkung zwischen Protonen. Ein wichtiges Eigentum der Nuklearstreitkräfte ist ihr Eigentum. Unabhängigkeit vom Ladungszustand der Nukleonen: Die Kernwechselwirkungen zweier Protonen, zweier Neutronen oder eines Neutrons und eines Protons sind gleich, wenn die Zustände der Relativbewegung dieser Teilchenpaare gleich sind. Die Größe der Kernkräfte hängt vom Abstand zwischen den Nukleonen, von der gegenseitigen Ausrichtung ihrer Spins, von der Ausrichtung der Spins relativ zum Rotationsmoment der Umlaufbahn und vom Radiusvektor ab, der von einem Teilchen zum anderen gezogen wird. Kernkräfte zeichnen sich durch einen bestimmten Wirkungsradius aus: Das Potenzial dieser Kräfte nimmt mit der Entfernung ab R zwischen Teilchen schneller als R-2 und die Kräfte selbst sind schneller als R-3 . Aus der Betrachtung der physikalischen Natur der Kernkräfte folgt, dass sie mit der Entfernung exponentiell abnehmen müssen. Der Wirkungsradius nuklearer Kräfte wird durch die sogenannte bestimmt. Compton-Wellenlänge r 0 Mesonen, die im Prozess der Wechselwirkung zwischen Nukleonen ausgetauscht werden:

hier ist m die Masse des Mesons, die Plancksche Konstante, Mit ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Den größten Wirkungsradius haben die Kräfte, die durch den Austausch von p-Mesonen entstehen. Für sie ist r 0 = 1,41 F (1 f = 10 -13 cm). Die Abstände zwischen den Nukleonen in Kernen liegen in einer solchen Größenordnung, allerdings trägt auch der Austausch schwererer Mesonen (m-, r-, w-Mesonen usw.) zu den Kernkräften bei. Die genaue Abhängigkeit der Kernkräfte zwischen zwei Nukleonen vom Abstand und bezieht sich auf den Beitrag der Kernkräfte aufgrund des Mesonenaustauschs verschiedene Typen, wurden nicht mit Sicherheit bestimmt. In Mehrkernkernen sind Kräfte möglich, die sich nicht auf die Wechselwirkung nur von Nukleonenpaaren beschränken. Die Rolle dieser sogenannten. Vielteilchenkräfte in der Struktur von Kernen sind weiterhin unklar.

Kerngrößen hängen von der Anzahl der darin enthaltenen Nukleonen ab. Die durchschnittliche Dichte der Anzahl der p-Nukleonen in einem Kern (ihre Anzahl pro Volumeneinheit) ist für alle Multinukleonenkerne (A > 0) praktisch gleich. Das bedeutet, dass das Volumen des Kerns proportional zur Anzahl der Nukleonen ist A und seine lineare Größe ~A 1/3. Effektiver Kernradius R wird durch das Verhältnis bestimmt:

R = ein A 1/3 , (2)

wo ist eine Konstante A nahe bei Hz, unterscheidet sich jedoch davon und hängt von den physikalischen Phänomenen ab, an denen es gemessen wird R. Beim sogenannten Ladungsradius des Kerns, gemessen durch die Streuung von Elektronen an Kernen oder durch die Lage der Energieniveaus m- Mesoatome : a = 1,12 F. Aus Interaktionsprozessen ermittelter Wirkradius Hadronen (Nukleonen, Mesonen, a-Teilchen usw.) mit Kernen, die etwas größer als die Ladung sind: ab 1.2 F bis 1,4 F.

Die Dichte der Kernmaterie ist im Vergleich zur Dichte gewöhnlicher Substanzen fantastisch hoch: Sie beträgt etwa 10 14 G/cm 3 . Im Kern ist r im zentralen Teil nahezu konstant und nimmt zur Peripherie hin exponentiell ab. Zur ungefähren Beschreibung empirischer Daten wird manchmal die folgende Abhängigkeit von r vom Abstand r vom Kernmittelpunkt angenommen:

Effektiver Kernradius R ist gleich R 0 + b. Der b-Wert charakterisiert die Unschärfe der Kerngrenze; er ist für alle Kerne nahezu gleich (» 0,5). F). Der Parameter r 0 ist die doppelte Dichte an der „Grenze“ des Kerns, bestimmt aus der Normalisierungsbedingung (Gleichheit des Volumenintegrals von ð zur Anzahl der Nukleonen). A). Aus (2) folgt, dass die Größe der Kerne in der Größenordnung von 10–13 variiert cm bis zu 10 -12 cm Für schwere Kerne(Atomgröße ~ 10 -8 cm). Allerdings beschreibt Formel (2) das Wachstum der Längenabmessungen von Kernen mit zunehmender Nukleonenzahl nur grob, mit deutlichem Anstieg A. Die Größenänderung des Kerns bei Anlagerung von einem oder zwei Nukleonen hängt von den Einzelheiten der Struktur des Kerns ab und kann unregelmäßig sein. Insbesondere (wie Messungen der Isotopenverschiebung atomarer Energieniveaus gezeigt haben) nimmt der Radius des Kerns manchmal sogar ab, wenn zwei Neutronen hinzugefügt werden.

1. Im Gegensatz zu optischen Linienspektren mit ihrer Komplexität und Vielfalt sind die röntgencharakteristischen Spektren verschiedener Elemente einfach und einheitlich. Mit zunehmender Ordnungszahl Z Element, werden sie monoton zur kurzwelligen Seite verschoben.

2. Die charakteristischen Spektren verschiedener Elemente sind ähnlicher Natur (vom gleichen Typ) und ändern sich nicht, wenn das für uns interessante Element in Kombination mit anderen vorliegt. Dies kann nur dadurch erklärt werden, dass die charakteristischen Spektren bei den Übergängen von Elektronen in entstehen Innenteile Atom, Teile mit ähnlicher Struktur.

3. Charakteristische Spektren bestehen aus mehreren Serien: ZU,L, M, ... Jede Serie - aus einer kleinen Anzahl von Zeilen: ZU A , ZU β , ZU γ , ... L A , L β , L j , ... usw. in absteigender Reihenfolge der Wellenlänge λ .

Eine Analyse der charakteristischen Spektren führte zu dem Verständnis, dass Atome über ein System von Röntgentermen verfügen ZU,L, M, ...(Abb.13.6). Die gleiche Abbildung zeigt ein Diagramm des Auftretens charakteristischer Spektren. Die Anregung eines Atoms erfolgt, wenn eines der inneren Elektronen entfernt wird (unter Einwirkung von Elektronen oder Photonen ausreichend hoher Energie). Wenn eines der beiden Elektronen entweicht K-Ebene (N= 1), dann kann der frei gewordene Platz durch ein Elektron einer höheren Ebene besetzt werden: L, M, N, usw. Infolgedessen gibt es K-Serie. Andere Serien entstehen auf die gleiche Weise: L, M,...

Serie ZU, Wie aus Abb. 13.6 hervorgeht, geht sie sicherlich mit dem Auftreten anderer Serien einher, da bei der Emission ihrer Linien Elektronen auf den Ebenen freigesetzt werden L, M und andere, die wiederum mit Elektronen aus höheren Ebenen gefüllt werden.

Molekulare Spektren. Arten von Bindungen in Molekülen, Energie eines Moleküls, Energie der Schwingungs- und Rotationsbewegung.

Molekulare Spektren.

Molekülspektren – optische Emissions- und Absorptionsspektren sowie Raman-Streuung von Licht (siehe. Raman-Streuung von Licht), Zugehörigkeit zu frei oder lose verwandt Molekül m. m. s. haben eine komplexe Struktur. Typisch M. mit. - gestreift, werden sie bei Emission und Absorption sowie bei der Raman-Streuung in Form einer Reihe mehr oder weniger schmaler Bänder im ultravioletten, sichtbaren und nahen Infrarotbereich beobachtet, die bei ausreichendem Auflösungsvermögen der verwendeten Spektralinstrumente in eine Reihe zerfallen aus eng beieinander liegenden Linien. Die spezifische Struktur von M. s. ist für verschiedene Moleküle unterschiedlich und wird im Allgemeinen mit zunehmender Anzahl von Atomen in einem Molekül komplizierter. Bei hochkomplexen Molekülen bestehen die sichtbaren und ultravioletten Spektren aus wenigen breiten kontinuierlichen Banden; die Spektren solcher Moleküle sind einander ähnlich.

Aus der Lösung der Schrödinger-Gleichung für Wasserstoffmoleküle unter den oben genannten Annahmen erhalten wir die Abhängigkeit der Energieeigenwerte vom Abstand R zwischen Kernen, d.h. E =E(R).

Molekülenergie

Wo E el - die Energie der Elektronenbewegung relativ zu den Kernen; E zählen - Schwingungsenergie der Kerne (wodurch sich die relative Position der Kerne periodisch ändert); E Rotation - die Rotationsenergie der Kerne (wodurch sich die Orientierung des Moleküls im Raum periodisch ändert).

Formel (13.45) berücksichtigt nicht die Energie der Translationsbewegung des Massenschwerpunkts von Molekülen und die Energie der Atomkerne in einem Molekül. Der erste von ihnen ist nicht quantisiert, sodass seine Änderungen nicht zum Auftreten eines molekularen Spektrums führen können, und der zweite kann ignoriert werden, wenn die Hyperfeinstruktur der Spektrallinien nicht berücksichtigt wird.

Geprüft, dass E E-Mail >> E zählen >> E drehen, während E el ≈ 1 – 10 eV. Jede der in Ausdruck (13.45) enthaltenen Energien ist quantisiert und ihnen entspricht eine Reihe diskreter Energieniveaus. Beim Übergang von einem Energiezustand in einen anderen wird Energie Δ absorbiert oder abgegeben E = hν. Aus Theorie und Experiment folgt, dass der Abstand zwischen Rotationsenergieniveaus Δ ist E Die Rotation ist viel kleiner als der Abstand zwischen den Schwingungsniveaus Δ E Zählung, die wiederum kleiner ist als der Abstand zwischen den elektronischen Ebenen Δ E Email

Die Struktur von Molekülen und die Eigenschaften ihrer Energieniveaus manifestieren sich in Molekülspektren - Emissionsspektren (Absorptionsspektren), die aus Quantenübergängen zwischen den Energieniveaus von Molekülen entstehen. Das Emissionsspektrum eines Moleküls wird durch die Struktur seiner Energieniveaus und die entsprechenden Auswahlregeln bestimmt (beispielsweise sollte die Änderung der Quantenzahlen, die sowohl der Schwingungs- als auch der Rotationsbewegung entspricht, gleich ± 1 sein). Unterschiedliche Arten von Übergängen zwischen Niveaus führen zu unterschiedlichen Arten von Molekülspektren. Die Frequenzen der von Molekülen emittierten Spektrallinien können Übergängen von einem elektronischen Niveau zum anderen entsprechen ( elektronische Spektren ) oder von einer Schwingungs-(Rotations-)Ebene zur anderen [ Schwingungsspektren (Rotationsspektren). ].

Darüber hinaus sind auch Übergänge mit gleichen Werten möglich. E zählen Und E Drehung zu Ebenen mit unterschiedlichen Werten aller drei Komponenten, was zu elektronischer Oszillator Und Schwingungs-Rotations-Spektren . Daher ist das Spektrum der Moleküle recht komplex.

Typisch molekular Spektren - gestreift sind eine Ansammlung mehr oder weniger schmaler Bänder im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Bereich. Mithilfe hochauflösender Spektralinstrumente lässt sich erkennen, dass es sich bei den Streifen um so eng beieinander liegende Linien handelt, dass sie schwer aufzulösen sind.

Die Struktur der Molekülspektren ist für verschiedene Moleküle unterschiedlich und wird mit zunehmender Anzahl von Atomen in einem Molekül komplizierter (es werden nur kontinuierliche breite Banden beobachtet). Nur mehratomige Moleküle haben Schwingungs- und Rotationsspektren, zweiatomige dagegen nicht. Dies wird durch die Tatsache erklärt, dass zweiatomige Moleküle keine Dipolmomente haben (bei Schwingungs- und Rotationsübergängen gibt es keine Änderung des Dipolmoments, was bedeutet). notwendige Bedingung Differenz zur Übergangswahrscheinlichkeit Null).

Molekülspektren werden zur Untersuchung der Struktur und Eigenschaften von Molekülen verwendet und werden in der molekularen Spektralanalyse, Laserspektroskopie, Quantenelektronik usw. verwendet.

ARTEN VON BINDUNGEN IN MOLEKÜLEN chemische Bindung- das Phänomen der Interaktion Atome aufgrund von Überschneidungen elektronische Wolken Bindungspartikel, was mit einer Abnahme einhergeht volle Kraft Systeme. Ionenverbindung- langlebig chemische Bindung, gebildet zwischen Atomen mit großem Unterschied Elektronegativität, bei dem die Summe Elektronenpaar geht vollständig auf ein Atom mit größerer Elektronegativität über. Dabei handelt es sich um die Anziehung von Ionen als entgegengesetzt geladene Körper. Elektronegativität (χ)- eine grundlegende chemische Eigenschaft eines Atoms, ein quantitatives Merkmal der Fähigkeit Atom V Molekül Hinwendung zu sich selbst gemeinsame Elektronenpaare. kovalente Bindung(Atombindung, homöopolare Bindung) - chemische Bindung, gebildet durch die Überlappung (Sozialisation) des Paares Wertigkeit elektronische Wolken. Die elektronischen Wolken (Elektronen), die für die Kommunikation sorgen, werden genannt gemeinsames Elektronenpaar.Wasserstoffverbindung- Verbindung zwischen elektronegativ Atom und Wasserstoffatom H verwandt kovalent mit einem anderen elektronegativ Atom. Metallverbindung - chemische Bindung, aufgrund der Anwesenheit von relativ frei Elektronen. charakteristisch für beide rein Metalle, und ihre Legierungen Und intermetallische Verbindungen.

Raman-Streuung von Licht.

Hierbei handelt es sich um die Streuung von Licht durch eine Substanz, begleitet von einer merklichen Änderung der Frequenz des gestreuten Lichts. Wenn die Quelle ein Linienspektrum aussendet, dann mit K. r. Mit. Im Spektrum des Streulichts finden sich zusätzliche Linien, deren Anzahl und Anordnung eng mit der molekularen Struktur des Stoffes zusammenhängen. Bei K. r. Mit. Die Umwandlung des primären Lichtflusses geht normalerweise mit dem Übergang streuender Moleküle in andere Schwingungs- und Rotationsniveaus einher , Darüber hinaus sind die Frequenzen neuer Linien im Streuspektrum Kombinationen aus der Frequenz des einfallenden Lichts und den Frequenzen der Schwingungs- und Rotationsübergänge der streuenden Moleküle – daher der Name. "ZU. R. Mit.".

Um die Spektren von K. r. Mit. Es ist notwendig, einen intensiven Lichtstrahl auf das untersuchte Objekt zu konzentrieren. Als aufregende Lichtquelle wird am häufigsten und seit den 60er Jahren eine Quecksilberlampe verwendet. - Laserstrahl. Streulicht wird fokussiert und gelangt in den Spektrographen, wo das Spektrum von K. r. Mit. mit fotografischen oder fotoelektrischen Methoden aufgezeichnet.

Untersuchungen molekularer Spektren ermöglichen die Bestimmung der zwischen Atomen in einem Molekül wirkenden Kräfte, der Dissoziationsenergie eines Moleküls, seiner Geometrie, Kernabstände usw. , d.h. liefern umfassende Informationen über die Struktur und Eigenschaften des Moleküls.

Unter dem Molekülspektrum wird im weitesten Sinne die Verteilung der Wahrscheinlichkeit von Übergängen zwischen zwei getrennten Energieniveaus des Moleküls (siehe Abb. 9) in Abhängigkeit von der Energie des Übergangs verstanden. Da wir uns im Folgenden mit optischen Spektren befassen, muss jeder dieser Übergänge mit der Emission oder Absorption eines Photons mit Energie einhergehen

E n \u003d hn \u003d E 2 - E 1, 3.1

wobei E 2 und E 1 die Energien der Ebenen sind, zwischen denen der Übergang stattfindet.

Wenn Strahlung, die aus von Gasmolekülen emittierten Photonen besteht, durch ein Spektralgerät geleitet wird, erhält man das Emissionsspektrum des Moleküls, das aus einzelnen hellen (ggf. farbigen) Linien besteht. Darüber hinaus entspricht jede Zeile dem entsprechenden Übergang. Helligkeit und Position der Linie im Spektrum wiederum hängen von der Übergangswahrscheinlichkeit bzw. der Energie (Frequenz, Wellenlänge) des Photons ab.

Wenn dagegen Strahlung, die aus Photonen aller Wellenlängen besteht (kontinuierliches Spektrum), durch dieses Gas und dann durch ein Spektralgerät geleitet wird, erhält man ein Absorptionsspektrum. In diesem Fall besteht dieses Spektrum aus einer Reihe dunkler Linien vor dem Hintergrund eines hellen, kontinuierlichen Spektrums. Kontrast und Lage der Linie im Spektrum hängen dabei auch von der Übergangswahrscheinlichkeit und der Photonenenergie ab.

Basierend auf der komplexen Struktur der Energieniveaus des Moleküls (siehe Abb. 9) können alle Übergänge zwischen ihnen in separate Typen unterteilt werden, die dem Spektrum der Moleküle einen unterschiedlichen Charakter verleihen.

Ein Spektrum, das aus Linien besteht, die Übergängen zwischen Rotationsniveaus entsprechen (siehe Abb. 8), ohne die Schwingungs- und elektronischen Zustände des Moleküls zu ändern, wird als Rotationsspektrum des Moleküls bezeichnet. Da die Energie der Rotationsbewegung im Bereich von 10 -3 -10 -5 eV liegt, sollte die Frequenz der Linien in diesen Spektren im Mikrowellenbereich der Radiofrequenzen (ferner Infrarotbereich) liegen.

Ein Spektrum, das aus Linien besteht, die Übergängen zwischen Rotationsniveaus entsprechen, die zu verschiedenen Schwingungszuständen eines Moleküls im gleichen elektronischen Zustand gehören, wird als Schwingungs-Rotations- oder einfach Schwingungsspektrum des Moleküls bezeichnet. Diese Spektren liegen bei Schwingungsbewegungsenergien von 10 -1 -10 -2 eV im Infrarotbereich der Frequenzen.

Schließlich wird das Spektrum, das aus Linien besteht, die Übergängen zwischen Rotationsniveaus entsprechen, die zu verschiedenen elektronischen und Schwingungszuständen des Moleküls gehören, als Elektronen-Schwingungs-Rotations- oder einfach elektronisches Spektrum des Moleküls bezeichnet. Diese Spektren liegen seitdem im sichtbaren und ultravioletten Frequenzbereich die Energie der elektronischen Bewegung beträgt einige Elektronenvolt.

Da es sich bei der Emission (oder Absorption) eines Photons um einen elektromagnetischen Prozess handelt, ist seine notwendige Bedingung das Vorhandensein oder genauer gesagt eine Änderung des elektrischen Dipolmoments, das mit dem entsprechenden Quantenübergang im Molekül verbunden ist. Daraus folgt, dass Rotations- und Schwingungsspektren nur für Moleküle mit einem elektrischen Dipolmoment beobachtet werden können, d. h. aus unterschiedlichen Atomen zusammengesetzt.

MOLEKULARSPEKTRAEN, Emissions- und Absorptionsspektren von Elektromagneten. Strahlung und Kombinat. Streuung des Lichts freier oder schwach gebundener Moleküle. Sie haben die Form einer Reihe von Bändern (Linien) im Röntgen-, UV-, sichtbaren, IR- und Radiowellenbereich (einschließlich Mikrowellenbereich). Die Lage der Banden (Linien) in den Emissionsspektren (Emissions-Molekülspektren) und Absorption (Absorptions-Molekülspektren) wird durch Frequenzen v (Wellenlängen l = c/v, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist) und Wellenzahlen charakterisiert \u003d 1 / l; sie wird durch die Differenz der Energien E“ und E bestimmt: jene Zustände des Moleküls, zwischen denen ein Quantenübergang stattfindet:

(h ist Plancks Konstante). Wenn kombiniert Bei der Streuung entspricht der Wert von hv der Differenz zwischen den Energien der einfallenden und gestreuten Photonen. Die Intensität der Bänder (Linien) hängt von der Anzahl (Konzentration) der Moleküle einer bestimmten Art, der Besetzung der Energieniveaus E "und E: und der Wahrscheinlichkeit des entsprechenden Übergangs ab.

Die Wahrscheinlichkeit von Übergängen mit Emission oder Absorption von Strahlung wird hauptsächlich durch das Quadrat des Matrixelements der elektrischen Strahlung bestimmt. Dipolmoment des Übergangs und bei genauerer Betrachtung - und die Quadrate der Matrixelemente des Magn. und elektrisch Quadrupolmomente des Moleküls (siehe Quantenübergänge). Wenn kombiniert Bei der Lichtstreuung hängt die Übergangswahrscheinlichkeit mit dem Matrixelement des induzierten (induzierten) Dipolmoments des Übergangs des Moleküls zusammen, d. h. mit dem Matrixelement der Polarisierbarkeit des Moleküls.

Zustände des Piers. Systeme, Übergänge zwischen to-rymi werden in Form von diesen oder jenen Molekülspektren gezeigt, sind unterschiedlicher Natur und unterscheiden sich stark nach der Energie. Die Energieniveaus bestimmter Typen liegen weit voneinander entfernt, sodass das Molekül bei Übergängen hochfrequente Strahlung absorbiert oder aussendet. Der Abstand zwischen den Ebenen anderer Natur ist gering und in einigen Fällen mangels äußerer Einflüsse gering. Feldebenen verschmelzen (entarten). Bei kleinen Energieunterschieden werden Übergänge im Niederfrequenzbereich beobachtet. Beispielsweise haben die Atomkerne bestimmter Elemente ihre eigenen. magn. Drehmoment und elektrisch spinbedingtes Quadrupolmoment. Elektronen haben auch einen Magneten. der Moment, der mit ihrer Drehung verbunden ist. In Abwesenheit von externen magnetische Orientierungsfelder Momente sind willkürlich, d.h. sie sind nicht quantisiert und entsprechend energetisch. Staaten sind degeneriert. Bei der externen Anwendung Dauermagnet. Feld wird die Entartung aufgehoben und es sind Übergänge zwischen Energieniveaus möglich, die im Hochfrequenzbereich des Spektrums beobachtet werden. So entstehen NMR- und EPR-Spektren (siehe Kernspinresonanz, Elektronenparamagnetische Resonanz).

Kinetische Verteilung Energien der vom Pier emittierten Elektronen. Systeme erzeugen durch Bestrahlung mit Röntgenstrahlung oder harter UV-Strahlung RöntgenstrahlungSpektroskopie und Photoelektronenspektroskopie. Zusätzlich Prozesse im Einkaufszentrum. System, verursacht durch die anfängliche Anregung, führen zum Auftreten anderer Spektren. Auger-Spektren entstehen also durch Relaxation. Elektroneneinfang von ext. Muscheln zu.-l. Atom pro freiem Ext. Schale, und die freigesetzte Energie verwandelte sich in. in der Kinetik Energie andere Elektron ext. von einem Atom emittierte Hülle. In diesem Fall wird ein Quantenübergang von einem bestimmten Zustand eines neutralen Moleküls in einen sogenannten Zustand durchgeführt. Ion (siehe Auger-Spektroskopie).

Traditionell werden nur die mit den optischen Eigenschaften verbundenen Spektren als eigentliche Molekülspektren bezeichnet. Übergänge zwischen Elektronen-Schwingungs-Rotation, Energieniveaus des Moleküls, die mit drei Hauptbereichen verbunden sind. Energiearten. Ebenen des Moleküls – elektronisches E el, Schwingungs-E-Zählung und Rotations-E vr, entsprechend drei Arten von Ext. Bewegung in einem Molekül. Für E el nehmen Sie die Energie der Gleichgewichtskonfiguration des Moleküls in einem gegebenen elektronischen Zustand. Die Menge möglicher elektronischer Zustände eines Moleküls wird durch die Eigenschaften seiner Elektronenhülle und die Symmetrie bestimmt. Schwingen. Die Bewegung der Kerne im Molekül relativ zu ihrer Gleichgewichtsposition in jedem elektronischen Zustand wird quantisiert, sodass bei mehreren Schwingungen. Freiheitsgrade entsteht ein komplexes Schwingungssystem. Energieniveaus E col. Durch Rotation ist die Rotation des Moleküls als Ganzes als starres System gebundener Kerne gekennzeichnet. der Moment der Bewegungszahl, der quantisiert wird und eine Drehung bildet. Zustände (Rotationsenergieniveaus) E temp. Normalerweise liegt die Energie elektronischer Übergänge in der Größenordnung von mehreren. eV, Schwingung -10 -2 ... 10 -1 eV, Rotation -10 -5 ... 10 -3 eV.

Je nachdem, zwischen welchen Energieniveaus es Übergänge mit Emission, Absorption oder Kombinationen gibt. elektromagnetische Streuung. Strahlung - elektronisch, oszillierend. oder rotierend, unterscheiden zwischen elektronisch, oszillierend. und Rotationsmolekülspektren. Die Artikel Elektronische Spektren, Schwingungsspektren, Rotationsspektren geben Auskunft über die entsprechenden Zustände von Molekülen, Auswahlregeln für Quantenübergänge, Methoden von Pier. Spektroskopie sowie welche Eigenschaften Moleküle haben können. aus Molekülspektren erhalten: St. Inseln und Symmetrie elektronischer Zustände, vibrieren. Konstanten, Dissoziationsenergie, Molekülsymmetrie, Rotation. Konstanten, Trägheitsmomente, Geom. Parameter, elektrisch Dipolmomente, Angaben zur Struktur und ext. Kraftfelder usw. Elektronische Absorptions- und Lumineszenzspektren im sichtbaren und UV-Bereich geben Aufschluss über die Verteilung

Molekulare Spektren

optische Emissions- und Absorptionsspektren sowie Raman-Streuung von Licht (siehe Raman-Streuung von Licht) , Zugehörigkeit zu freien oder schwach verbundenen Molekülen m. M. s. haben eine komplexe Struktur. Typisch M. mit. - gestreift, werden sie bei Emission und Absorption sowie bei der Raman-Streuung in Form einer Reihe mehr oder weniger schmaler Bänder im ultravioletten, sichtbaren und nahen Infrarotbereich beobachtet, die bei ausreichendem Auflösungsvermögen der verwendeten Spektralinstrumente in eine Reihe zerfallen aus eng beieinander liegenden Linien. Die spezifische Struktur von M. s. ist für verschiedene Moleküle unterschiedlich und wird im Allgemeinen mit zunehmender Anzahl von Atomen in einem Molekül komplizierter. Bei hochkomplexen Molekülen bestehen die sichtbaren und ultravioletten Spektren aus wenigen breiten kontinuierlichen Banden; die Spektren solcher Moleküle sind einander ähnlich.

Hν = E‘ - E‘’, (1)

Wo Hν ist die Energie des emittierten absorbierten Photons und die Frequenz ν ( H- Der Balken ist konstant). Für Raman-Streuung Hν ist gleich der Differenz zwischen den Energien der einfallenden und gestreuten Photonen. MS. viel komplizierter als die Linienatomspektren, was durch die größere Komplexität der inneren Bewegungen in einem Molekül als in Atomen bestimmt wird. Zusammen mit der Bewegung von Elektronen relativ zu zwei oder mehr Kernen in Molekülen gibt es eine oszillierende Bewegung der Kerne (zusammen mit den sie umgebenden inneren Elektronen) um die Gleichgewichtspositionen und eine Rotationsbewegung des gesamten Moleküls. Diese drei Arten von Bewegungen – elektronische, Vibrations- und Rotationsbewegungen – entsprechen drei Arten von Energieniveaus und drei Arten von Spektren.

Nach der Quantenmechanik kann die Energie aller Bewegungsarten in einem Molekül nur bestimmte Werte annehmen, ist also quantisiert. Die Gesamtenergie des Moleküls E kann näherungsweise als Summe der quantisierten Werte der Energien der drei Bewegungsarten dargestellt werden:

E = E E-Mail + E zählen + E Drehung (2)

In der Größenordnung

Wo M ist die Masse des Elektrons und die Quantität M hat die Größenordnung der Masse der Atomkerne im Molekül, d.h. m/M Molekülspektren 10 -3 -10 -5, daher:

E E-Mail >> E zählen >> E Drehung (4)

Gewöhnlich E el in der Größenordnung von mehreren ev(einige Hundert kJ/mol), E col Molekülspektren 10 -2 -10 -1 Vorabend Rotation Molekülspektren 10 -5 -10 -3 ev.

Gemäß (4) ist das System der Energieniveaus eines Moleküls durch eine Reihe weit voneinander entfernter elektronischer Niveaus (unterschiedliche Werte) gekennzeichnet E E-Mail an E zählen = E Rotation = 0), Schwingungsniveaus, die viel näher beieinander liegen (unterschiedliche Werte). E bei einem gegebenen Wert zählen E Land E Rotation = 0) und noch dichter beieinander liegende Rotationsebenen (verschiedene Werte). E Rotation bei gegeben E E-Mail und E zählen). An Reis. 1 das Schema der Niveaus eines zweiatomigen Moleküls ist angegeben; für mehratomige Moleküle wird das Niveausystem noch komplizierter.

Elektronische Energieniveaus ( E el in (2) und im Diagramm Reis. 1 entsprechen den Gleichgewichtskonfigurationen des Moleküls (im Fall eines zweiatomigen Moleküls, das durch den Gleichgewichtswert gekennzeichnet ist). R 0 Kernabstand R, cm. Reis. 1 in Kunst. Molekül). Jeder elektronische Zustand entspricht einer bestimmten Gleichgewichtskonfiguration und einem bestimmten Wert E el; der kleinste Wert entspricht dem Hauptenergieniveau.

Der Satz elektronischer Zustände eines Moleküls wird durch die Eigenschaften seiner Elektronenhülle bestimmt. Im Grunde die Werte E el kann mit quantenchemischen Methoden berechnet werden (siehe Quantenchemie) , Allerdings kann dieses Problem nur mit Hilfe von Näherungsmethoden und für relativ einfache Moleküle gelöst werden. Die wichtigsten Informationen über die elektronischen Niveaus eines Moleküls (die Anordnung der elektronischen Energieniveaus und ihre Eigenschaften), die durch seine chemische Struktur bestimmt werden, werden durch die Untersuchung seiner Molekülstruktur gewonnen.

Ein sehr wichtiges Merkmal eines bestimmten elektronischen Energieniveaus ist der Wert der Quantenzahl (siehe Quantenzahlen). S, Charakterisierung des Absolutwerts des Gesamtspinmoments aller Elektronen des Moleküls. Chemisch stabile Moleküle haben in der Regel eine gerade Zahl an Elektronen, und zwar für sie S= 0, 1, 2... (für die elektronische Hauptebene der Wert S= 0, und für aufgeregt - S= 0 und S= 1). Ebenen von S= 0 heißen Singuletts, mit S= 1 - Triplett (weil die Wechselwirkung im Molekül zu deren Aufspaltung in χ = 2 führt S+ 1 = 3 Unterebenen; siehe Multiplizität) . Freie Radikale haben normalerweise eine ungerade Anzahl an Elektronen. S= 1 / 2 , 3 / 2 , ... und der Wert S= 1 / 2 (Dublettniveaus, die sich in χ = 2 Unterniveaus aufspalten).

Für Moleküle, deren Gleichgewichtskonfiguration symmetrisch ist, können die elektronischen Niveaus weiter klassifiziert werden. Bei zweiatomigen und linearen dreiatomigen Molekülen mit einer Symmetrieachse (unendlicher Ordnung), die durch die Kerne aller Atome verläuft (siehe Abb. Reis. 2 , B) , elektronische Niveaus werden durch die Werte der Quantenzahl λ charakterisiert, die den absoluten Wert der Projektion des gesamten Bahndrehimpulses aller Elektronen auf die Achse des Moleküls bestimmt. Ebenen mit λ = 0, 1, 2, ... werden jeweils mit Σ, П, Δ... bezeichnet, und der Wert von χ wird durch den Index oben links angezeigt (z. B. 3 Σ, 2 π, ...). Für Moleküle mit einem Symmetriezentrum wie CO 2 und C 6 H 6 (siehe. Reis. 2 , b, c) sind alle elektronischen Ebenen in gerade und ungerade unterteilt, gekennzeichnet durch Indizes G Und u(abhängig davon, ob die Wellenfunktion bei Umkehrung im Symmetriezentrum ihr Vorzeichen behält oder ändert).

Schwingungsenergieniveaus (Werte E kol) kann durch Quantisierung der Schwingungsbewegung ermittelt werden, die annähernd als harmonisch angesehen wird. Im einfachsten Fall eines zweiatomigen Moleküls (ein Schwingungsfreiheitsgrad entspricht einer Änderung des Kernabstands). R) wird er als harmonischer Oszillator betrachtet ; seine Quantisierung ergibt äquidistante Energieniveaus:

E zählen = Hν e (υ +1/2), (5)

wobei ν e die Grundfrequenz der harmonischen Schwingungen des Moleküls ist, υ die Schwingungsquantenzahl, die die Werte 0, 1, 2, ... annimmt Reis. 1 Schwingungsniveaus für zwei elektronische Zustände werden angezeigt.

Für jeden elektronischen Zustand eines mehratomigen Moleküls bestehend aus N Atome ( N≥ 3) und mit F Schwingungsfreiheitsgrade ( F = 3N- 5 und F = 3N- 6 für lineare bzw. nichtlineare Moleküle), stellt sich heraus F sogenannt. Normalschwingungen mit Frequenzen ν i ( ich = 1, 2, 3, ..., F) und ein komplexes System von Schwingungsniveaus:

Wo υ i = 0, 1, 2, ... sind die entsprechenden Schwingungsquantenzahlen. Der Frequenzsatz der Normalschwingungen im elektronischen Grundzustand ist abhängig von seiner chemischen Struktur ein sehr wichtiges Merkmal eines Moleküls. Alle Atome des Moleküls oder Teile davon nehmen an einer bestimmten Normalschwingung teil; Atome erzeugen in diesem Fall harmonische Schwingungen mit einer Frequenz v i , jedoch mit unterschiedlichen Amplituden, die die Form der Schwingung bestimmen. Normalschwingungen werden entsprechend ihrer Form in Valenz (bei der sich die Längen der Bindungslinien ändern) und Verformung (bei der sich die Winkel zwischen chemischen Bindungen ändern – Valenzwinkel) unterteilt. Die Anzahl der unterschiedlichen Schwingungsfrequenzen für Moleküle mit niedriger Symmetrie (die keine Symmetrieachsen mit einer höheren Ordnung als 2 haben) beträgt 2, und alle Schwingungen sind nicht entartet, während es für symmetrischere Moleküle zweifach und dreifach entartete Schwingungen (Paare und Tripletts von) gibt Schwingungen, die in ihrer Frequenz übereinstimmen). Zum Beispiel für ein nichtlineares dreiatomiges Molekül H 2 O ( Reis. 2 , A) F= 3 und drei nicht entartete Schwingungen sind möglich (zwei Valenz- und eine Deformation). Ein symmetrischeres lineares dreiatomiges CO 2 -Molekül ( Reis. 2 , b) hat F= 4 - zwei nicht entartete Schwingungen (Valenz) und eine doppelt entartete Schwingung (Deformation). Für ein planares hochsymmetrisches Molekül C 6 H 6 ( Reis. 2 , c) es stellt sich heraus F= 30 - zehn nicht entartete und 10 doppelt entartete Schwingungen; Davon treten 14 Schwingungen in der Ebene des Moleküls auf (8 Valenz- und 6 Deformationsschwingungen) und 6 nichtplanare Deformationsschwingungen – senkrecht zu dieser Ebene. Ein noch symmetrischeres tetraedrisches CH 4 -Molekül ( Reis. 2 , d) hat F = 9 - eine nicht entartete Schwingung (Valenz), eine zweifach entartete Schwingung (Deformation) und zwei dreifach entartete Schwingungen (eine Valenz und eine Deformation).

Rotationsenergieniveaus können durch Quantisierung der Rotationsbewegung eines Moleküls ermittelt werden, indem man es als festen Körper mit bestimmten Trägheitsmomenten betrachtet (siehe Trägheitsmoment). Im einfachsten Fall eines zweiatomigen oder linearen mehratomigen Moleküls seine Rotationsenergie

Wo ICH ist das Trägheitsmoment des Moleküls um eine Achse senkrecht zur Achse des Moleküls und M- Rotationsimpuls. Gemäß den Quantisierungsregeln gilt

Wo ist die Rotationsquantenzahl? J= 0, 1, 2, ... und daher für E Rotation erhalten:

Wo ist die Rotationskonstante? Reis. 1 Für jeden elektronischen Schwingungszustand werden Rotationsniveaus angezeigt.

Verschiedene Arten von M. mit. entstehen bei verschiedenen Arten von Übergängen zwischen den Energieniveaus von Molekülen. Nach (1) und (2)

Δ E = E‘ - E‘’ = Δ E el + Δ E Anzahl + Δ E Rotation, (8)

wobei sich Δ ändert E el, Δ E zählen und Δ E Die Rotation elektronischer, Schwingungs- und Rotationsenergien erfüllt die Bedingung:

Δ E E-Mail >> Δ E zählen >> Δ E Drehung (9)

[Abstände zwischen Ebenen in der gleichen Größenordnung wie die Energien selbst E el, E ol und E Drehung, die Bedingung (4) erfüllt.

Bei Δ E el ≠ 0, elektronische M. s werden erhalten, beobachtet im sichtbaren und im ultravioletten (UV) Bereich. Normalerweise bei Δ E el ≠ 0 gleichzeitig Δ E count ≠ 0 und Δ E Drehung ≠ 0; unterschiedlich Δ E zählen für ein gegebenes Δ E el entsprechen verschiedenen Schwingungsbändern ( Reis. 3 ) und unterschiedlich Δ E Rotation für gegebenes Δ E el und Δ E zählen – separate Rotationslinien, in die dieses Band zerfällt; Es entsteht eine charakteristische Streifenstruktur ( Reis. 4 ). Die Menge der Bänder mit einem gegebenen Δ E el (entspricht einem rein elektronischen Übergang mit einer Frequenz v el = Δ E Email / H) wird als Bandsystem bezeichnet; Abhängig von den relativen Übergangswahrscheinlichkeiten (siehe Quantenübergänge), die mit quantenmechanischen Methoden näherungsweise berechnet werden können, weisen einzelne Bänder unterschiedliche Intensitäten auf. Bei komplexen Molekülen verschmelzen die Bänder eines Systems, die einem bestimmten elektronischen Übergang entsprechen, normalerweise zu einem breiten kontinuierlichen Band, und mehrere dieser breiten Bänder können einander überlappen. Charakteristische diskrete elektronische Spektren werden in gefrorenen Lösungen organischer Verbindungen beobachtet (siehe Shpol'skii-Effekt). Elektronische (genauer gesagt elektronische Schwingungs-Rotations-)Spektren werden experimentell mit Spektrographen und Spektrometern mit Glasoptik (für den sichtbaren Bereich) und Quarzoptik (für den UV-Bereich) untersucht, bei denen Prismen oder Beugungsgitter verwendet werden, um Licht in a zu zerlegen Spektrum (siehe Abb. Spektralinstrumente).

Bei Δ E el = 0 und Δ E col ≠ 0, es werden Schwingungs-M. s erhalten, die in nächster Nähe (bis zu mehreren) beobachtet werden Mikron) und in der Mitte (bis zu mehreren Zehnern). Mikron) Infrarot (IR)-Bereich, normalerweise bei der Absorption sowie bei der Raman-Streuung von Licht. In der Regel gilt gleichzeitig Δ E Drehung ≠ 0 und für eine gegebene E Dadurch entsteht ein Schwingungsband, das in einzelne Rotationslinien zerfällt. Das intensivste Schwingungs-M. s. Bänder, die Δ entsprechen υ = υ ’ - υ '' = 1 (für mehratomige Moleküle - Δ υ ich = υ ich'- υ i''= 1 bei Δ υ k = υ k'- υ k '' = 0, wo k≠i).

Für rein harmonische Schwingungen gelten diese Auswahlregeln , das Verbot, dass andere Übergänge strikt durchgeführt werden; Bänder erscheinen für anharmonische Schwingungen, für die Δ υ > 1 (Obertöne); Ihre Intensität ist normalerweise gering und nimmt mit zunehmendem Δ ab υ .

Bei Δ E el = 0 und Δ E col = 0 erhält man rein rotatorische M. s., bestehend aus einzelnen Linien. Sie werden in der Ferne (Hunderte) in Absorption beobachtet Mikron) IR-Bereich und insbesondere im Mikrowellenbereich, sowie in den Raman-Spektren. Bei zweiatomigen und linearen mehratomigen Molekülen (sowie bei ausreichend symmetrischen nichtlinearen mehratomigen Molekülen) sind diese Linien (in der Frequenzskala) gleichmäßig voneinander beabstandet und haben Intervalle von Δν = 2 B in Absorptionsspektren und Δν = 4 B in Raman-Spektren.

Reine Rotationsspektren werden in der Absorption im fernen Infrarotbereich mit IR-Spektrometern mit speziellen Beugungsgittern (Echelettes) und Fourier-Spektrometern untersucht, im Mikrowellenbereich mit Mikrowellen-(Mikrowellen-)Spektrometern (siehe Mikrowellenspektroskopie). , und auch in der Raman-Streuung mit Hilfe von Spektrographen mit hoher Apertur.

Methoden der molekularen Spektroskopie, die auf der Untersuchung des Molekulargewichts basieren, ermöglichen die Lösung verschiedener Probleme in der Chemie, Biologie und anderen Wissenschaften (z. B. die Bestimmung der Zusammensetzung von Erdölprodukten, Polymersubstanzen usw.). In der Chemie nach M. s. Studieren Sie die Struktur von Molekülen. Elektronisches M. mit. ermöglichen es, Informationen über die Elektronenhüllen von Molekülen zu erhalten, die angeregten Niveaus und ihre Eigenschaften zu bestimmen und die Dissoziationsenergien von Molekülen zu ermitteln (durch die Konvergenz der Schwingungsniveaus des Moleküls an den Dissoziationsgrenzen). Studium der Vibrations-M. s. ermöglicht es Ihnen, die charakteristischen Schwingungsfrequenzen zu finden, die bestimmten Arten chemischer Bindungen in einem Molekül (z. B. einfache Doppel- und Dreifach-C-C-Bindungen, C-H-, N-H-, O-H-Bindungen für organische Moleküle) und verschiedenen Atomgruppen (z. B. CH 2) entsprechen , CH 3 , NH 2), bestimmen die räumliche Struktur von Molekülen, unterscheiden zwischen cis- und trans-Isomeren. Hierzu werden sowohl Infrarot-Absorptionsspektren (IRS) als auch Raman-Spektren (RSS) verwendet. Besonders verbreitet ist die IR-Methode als eine der effektivsten optischen Methoden zur Untersuchung der Struktur von Molekülen. In Kombination mit der SRS-Methode liefert es die umfassendsten Informationen. Die Untersuchung der molekularen Rotationskräfte sowie der Rotationsstruktur elektronischer und Schwingungsspektren ermöglicht es, aus den aus der Erfahrung ermittelten Werten der Trägheitsmomente von Molekülen [die aus den Werten der Rotationskonstanten gewonnen werden , siehe (7)], um mit großer Genauigkeit (für einfachere Moleküle, zum Beispiel H 2 O) Parameter der Gleichgewichtskonfiguration des Moleküls zu finden – Bindungslängen und Bindungswinkel. Um die Anzahl der zu bestimmenden Parameter zu erhöhen, werden die Spektren von Isotopenmolekülen (insbesondere bei denen Wasserstoff durch Deuterium ersetzt wird) untersucht, die die gleichen Parameter der Gleichgewichtskonfigurationen, aber unterschiedliche Trägheitsmomente aufweisen.

Als Beispiel für die Bewerbung von M. mit. Um die chemische Struktur von Molekülen zu bestimmen, betrachten Sie ein Benzolmolekül C 6 H 6 . Das Studium ihres M. s. bestätigt die Richtigkeit des Modells, wonach das Molekül flach ist und alle 6 C-C-Bindungen im Benzolring äquivalent sind und ein regelmäßiges Sechseck bilden ( Reis. 2 , b), dessen Symmetrieachse sechster Ordnung durch das Symmetriezentrum des Moleküls senkrecht zu seiner Ebene verläuft. Elektronisches M. mit. Absorption C 6 H 6 besteht aus mehreren Bandensystemen, die Übergängen vom geraden Grund-Singulett-Niveau zu angeregten ungeraden Niveaus entsprechen, von denen das erste ein Triplett und die höheren ein Singulett-Niveau sind ( Reis. 5 ). Das Bandsystem ist in der Region von 1840 am intensivsten A (E 5 - E 1 = 7,0 ev) ist das Bandsystem im Bereich von 3400 am schwächsten A (E 2 - E 1 = 3,8ev), entsprechend dem Singulett-Triplett-Übergang, der durch die Näherungsauswahlregeln für den Gesamtspin verboten ist. Übergänge entsprechen der Anregung des sogenannten. Im Benzolring verteilte π-Elektronen (siehe Molekül) ; Aus elektronischen Molekülspektren abgeleitetes Niveaudiagramm Reis. 5 stimmt mit ungefähren quantenmechanischen Berechnungen überein. Vibrations-M. s. C 6 H 6 entsprechen dem Vorhandensein eines Symmetriezentrums im Molekül – die Schwingungsfrequenzen, die im ICS erscheinen (aktiv), fehlen im SKR (inaktiv) und umgekehrt (das sogenannte alternative Verbot). Von den 20 normalen Schwingungen von C6H6 sind 4 im ICS und 7 im TFR aktiv, die restlichen 11 sind sowohl im ICS als auch im TFR inaktiv. Die Werte der gemessenen Frequenzen (in cm -1): 673, 1038, 1486, 3080 (im ICS) und 607, 850, 992, 1178, 1596, 3047, 3062 (im TFR). Die Frequenzen 673 und 850 entsprechen Schwingungen außerhalb der Ebene, alle anderen Frequenzen entsprechen Schwingungen in der Ebene. Besonders charakteristisch für planare Schwingungen sind die Frequenz 992 (entsprechend der Streckschwingung der C-C-Bindungen, die in einer periodischen Kompression und Streckung des Benzolrings besteht), die Frequenzen 3062 und 3080 (entsprechend den Streckschwingungen der C-H-Bindungen) und die Frequenz 607 (entsprechend der Verformungsschwingung des Benzolrings). Die beobachteten Schwingungsspektren von C 6 H 6 (und ähnliche Schwingungsspektren von C 6 D 6) stimmen sehr gut mit theoretischen Berechnungen überein, die eine vollständige Interpretation dieser Spektren und die Ermittlung der Formen aller Normalschwingungen ermöglichten.

Ebenso mit Hilfe von M. s. Bestimmen Sie die Struktur verschiedener Klassen organischer und anorganischer Moleküle, bis hin zu sehr komplexen, wie z. B. Polymermolekülen.

Zündete.: Kondratiev V.N., Struktur von Atomen und Molekülen, 2. Aufl., M., 1959; Elyashevich M. A., Atom- und Molekularspektroskopie, M., 1962; Herzberg G., Spektren und Struktur zweiatomiger Moleküle, trans. aus Englisch, M., 1949; his, Schwingungs- und Rotationsspektren mehratomiger Moleküle, trans. aus Englisch, M., 1949; his, Elektronische Spektren und die Struktur mehratomiger Moleküle, trans. aus Englisch, M., 1969; Anwendung der Spektroskopie in der Chemie, hrsg. V. Vesta, trans. aus Englisch, M., 1959.

M. A. Eljaschewitsch.

Reis. 4. Rotationsaufspaltung der 3805 Å langen Elektronenschwingungsbande des N 2 -Moleküls.

Reis. 1. Schema der Energieniveaus eines zweiatomigen Moleküls: a und b – elektronische Niveaus; v" Und v" - Quantenzahlen von Schwingungsniveaus. J" Und J" - Quantenzahlen der Rotationsniveaus.

Reis. 2. Gleichgewichtskonfigurationen von Molekülen: a - H 2 O; b – CO 2; im - C 6 H 6; d - CH 4 . Die Zahlen geben Bindungslängen (in Å) und Bindungswinkel an.

Reis. 5. Schema elektronischer Niveaus und Übergänge für das Benzolmolekül. Die Energieniveaus sind angegeben ev. C – Singulett-Ebenen; T – Triplett-Ebene. Die Ebenenparität wird durch die Buchstaben g und u angegeben. Für Absorptionsbandensysteme sind die ungefähren Wellenlängenbereiche in Å angegeben; intensivere Bandensysteme sind durch dickere Pfeile gekennzeichnet.

Reis. 3. Elektronisches Schwingungsspektrum des N 2 -Moleküls im nahen Ultraviolettbereich; Bandgruppen entsprechen unterschiedliche Bedeutungen Δ v = v" - v ".

Große sowjetische Enzyklopädie. - M.: Sowjetische Enzyklopädie. 1969-1978 .

Sehen Sie, was „Molekularspektren“ in anderen Wörterbüchern ist:

Emissions-, Absorptions- und Raman-Streuungsspektren (Raman) von freien oder schwach gebundenen Molekülen. Typisch M. mit. gestreift, werden sie als Kombination von mehr oder weniger schmalen Bändern im UV-, sichtbaren und ... beobachtet. Physische Enzyklopädie

MOLEKULARSPEKTRAEN: Emissions-, Absorptions- und Streuungsspektren der Strahlung freier oder schwach gebundener Moleküle. Treten bei Quantenübergängen zwischen den elektronischen, Schwingungs- und Rotationsenergieniveaus von Molekülen auf. ... ... Moderne Enzyklopädie- Emissions- und Absorptionsspektren von Elektromagneten. Strahlung und Kombinat. Streuung des Lichts freier oder schwach gebundener Moleküle. Sie haben die Form einer Reihe von Bändern (Linien) im Röntgen-, UV-, sichtbaren, IR- und Radiowellenbereich (einschließlich ... ... Chemische Enzyklopädie

Spektren der optischen Absorption, Emission und Raman-Streuung von Licht, die bei den Übergängen von Molekülen von einem Energieniveau zum anderen entstehen. MS. bestehen aus mehr oder weniger breiten Streifen, Bildern. viele dicht beieinander. spektral ... ... Großes enzyklopädisches polytechnisches Wörterbuch

optisch Emissions-, Absorptions- und Streuspektren von Licht, das zu freien oder schwach gebundenen Molekülen gehört. Sie bestehen aus Spektralbändern und -linien, deren Struktur und Anordnung typisch für die Moleküle sind, die sie aussenden. Treten während Quanten auf ... ... Naturwissenschaft. Enzyklopädisches Wörterbuch

Spectra el. magn. Strahlung im IR-, sichtbaren und UV-Bereich der elektromagnetischen Wellenskala. Also. unterteilt in Emissionsspektren (auch Emissionsspektren oder Emissionsspektren genannt), Absorptionsspektren (Absorptionsspektren), Streuung und ... ... Physische Enzyklopädie

Spektren (siehe optische Spektren) elektromagnetischer Strahlung im Infrarot-, sichtbaren und ultravioletten Bereich der Skala elektromagnetischer Wellen (siehe elektromagnetische Wellen). Also. unterteilt in Emissionsspektren (auch Spektren genannt ... Große sowjetische Enzyklopädie

Molekülspektren aufgrund der Rotation des Moleküls als Ganzes. Da die Drehung des Moleküls quantisiert ist, ist V. s. bestehen aus getrennten (nahezu äquidistanten) Linien, haben also diskreten Charakter. V. s. im fernen Infrarot beobachtet Große sowjetische Enzyklopädie, Otschkin Wladimir Nikolajewitsch. Funktionen werden beschrieben und Stand der Technik Untersuchungen von Niedertemperaturplasma mit Methoden der klassischen und Laserspektroskopie. Die Fragen der physikalischen Interpretation der Ergebnisse werden berücksichtigt…