【原子物理】第9章 分子结构与分子光谱
原子物理学教学大纲

原子物理学教学大纲
一、课程简介
本课程是一门针对大学物理专业的高级选修课,主要介绍原子物理
学的基础知识,包括原子结构、原子能级、原子核模型、原子光谱学
等内容。
通过学习本课程能够掌握原子物理学的基本理论和实验方法,为后续相关课程的学习和科研工作打下坚实的基础。
二、课程目标
本课程的主要目标在于:
1.着重掌握原子结构、原子能级、原子核模型、原子光谱学
等基础概念;
2.简要介绍原子物理学的历史发展和现状;
3.探讨原子物理学理论与实验的关系;
4.培养学生分析和解决有关原子物理学问题的能力;
5.激发学生对原子物理学科研工作的兴趣,为今后做好科研
工作奠定基础。
三、教学内容与教学时长
本课程共分为四个章节,具体内容如下:
第一章原子结构
•真空管和阴极射线实验
•半经验模型。
第9章羰基化合物

第9章 羰基化合物大体要求:1. 把握醛和酮的命名(系统命名法,一般命名法)2. 把握醛和酮的结构及对化学性质的阻碍。
3. 了解醛和酮的物理性质和光谱特点。
4. 把握亲核加成的反映类型、机理、应用。
5. α—H 的酸性,α—H 的卤代反映及缩合反映(羟醛缩合)6. 氧化、还原反映及其在有机合成中的应用。
7. α,β—不饱和醛、酮的反映特点。
醛(aldehydes )和酮(ketones )都是分子中含有羰基(碳氧双键)的化合物,因此又统称为羰基化合物。
羰基与一个烃基相连的化合物称为醛,与两个烃基相连的称为酮。
CO R'C RO HC R(H)O羰基 醛 酮醛能够简写为RCHO ,基团—CHO 为醛的官能团,称为醛基,酮能够简写为RCOR ’, 基团—CO —为酮的官能团,称为酮基。
醛和酮是一类超级重要的化合物,这不仅是因为学多化学产品和药物含有醛、酮结构,更重要的是醛、酮能发生许多化学反映,是进行有机合成的重要原料和中间体。
醌(quinone )类是一类特殊的环状不饱和二酮类化合物。
第一节 醛和酮一、羰基的结构羰基是醛、酮的官能团,它与醛、酮的物理化学性质紧密相关。
依照醛、酮分子的结构参数(见表10-1),能够以为羰基碳原子以sp 2杂化状态参与成键,即碳原子以三个sp 2轨道与其它三个原子的轨道重叠形成三个σ键,碳原子上未参加杂化的p 轨道与氧原子上的p 轨道在侧面彼此重叠形成一个π键(见图10-1)。
(请在图左侧第一幅图中,下半个轨道中着淡灰色,如中间那幅图轨道的颜色)表10-1 醛、酮分子的结构参数醛、酮分子 键长(pm ) 键角(0) HCHO C — ∠ ∠ CH 3CHOC — C —∠ ∠ ∠ CH 3COCH 3 C =O 121.4 C —∠ ∠δ-+图10-1 羰基的结构由于氧原子的电负性比碳原子大,因此成键处的电子云就不均匀地散布在碳氧原子之间,氧原子处电子云密度较高,带有部份负电荷,而碳原子处的电子云密度较低,带有部份正电荷。
原子光谱与分子光谱ppt课件

“雪亮工程"是以区(县)、乡(镇) 、村( 社区) 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
一、 原子光谱
1.光谱项符号
原子外层有一个电子时,其能级可由四个量子数决定: 主量子数 n;角量子数 l;磁量子数 m;自旋量子数 s; 原子外层有多个电子时,其运动状态用总角量子数L;总 自旋量子数S;内量子数J 描述;
例:钠原子,一个外层电子, S =1/2;因此: M =2( S ) +1 = 2;双重线; 碱土金属:两个外层电子, 自旋方向相同时, S =1/2 + 1/2 =1, M = 3;三重线; 自旋方向相反时, S =1/2 - 1/2 =0, M = 1;单重线;
2024/7/28
“雪亮工程"是以区(县)、乡(镇) 、村( 社区) 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
元素由基态到第一激发 态的跃迁最易发生,需要的 能量最低,产生的谱线也最 强,该谱线称为共振线 ,也 称为该元素的特征谱线;
2024/7/28
“雪亮工程"是以区(县)、乡(镇) 、村( 社区) 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
2024/7/28
“雪亮工程"是以区(县)、乡(镇) 、村( 社区) 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
第2节 原子光谱与分子光谱

16:53:07
表征谱线轮廓(峰)的参数: 中心频率0 (峰值频率) :最大吸收系数对应的频率; 中心波长0 (nm):最大吸收系数对应的波长; 半宽度 :峰值强度一半处所对应的频率范围。 I
16:53:07
引起谱线变宽的原因
(1)自然变宽N 与原子处在激发态时的有限寿命有关,寿命越短,谱线越
16:53:07
同样,在原子吸收光谱法中,原子吸收强弱与
受激吸收跃迁几率Bij有关,即吸收光的强度为
Ia=BijUhνni 式中U为照射光的能量密度,即单位体积中的辐 射能量;ni为处于能态i的原子密度。
16:53:07
5. 谱线的形状与变宽
原子结构较分子简单,理论上应产生几何线状光谱线。
但实际上光谱线具有一定的宽度和轮廓。所谓谱线轮廓是
是对较宽波长范围的电磁辐射吸收或发射,即光谱呈现
为连续的带状光谱。 分子光谱也分为发射光谱和吸收光谱。
16:53:07
线光谱
16:53:07
带光谱
分子间作用力对吸收光谱形状的影响
稀薄气体,振动、转动结构 均存在 中等气体压力,转动结构消 失了,振动结构存在。 分子间作用力小的液体,转动 结构消失,振动结构存在,但 不明显。 分子间作用力大的液体,振 动结构均消失
自吸时,谱线中心吸收比边缘吸收严重,这是由于火 焰中心温度高,火焰边缘温度低,Doppler变宽中心比边缘 严重,故火焰中心的发射线宽,而火焰边缘的吸收线窄。
16:53:07
(5)场致变宽
外界电场、带电粒子、离子形成的电场及
磁场的作用使谱线变宽的现象,影响较小。
总结
谱线半宽度 = N + D + P
J = (L+S), (L+S-1),· · · · · · , |L-S|
第九章分子光谱基础教程

这里R,r 分别是核运动和电子运动的坐标。 在忽略自旋和轨道相互作用后,分子哈密顿 算符的具体形式是
Hˆ
N
2 2MN
2 N
e
2 2me
2 e
VNN
Vee
VeN
核动能 电子动能
势能
采用B.O.(玻恩-奥本海默)近似后,分子的全波函数可以写
成核波函数和电子波函数的乘积:
玻恩-奥本海默近似(简称BO近似,又称绝热近似)认为由于原子 核的质量要比电子大很多,一般要大3-4个数量级,因而在同样的 相互作用下,原子核的动能比电子小得多,可以忽略不计。所以出 现在各粒子相互作用的势能项中的原子核坐标就可以视为常数,这 样,核与核之间的排斥能就应当看作是常数。在BO近似下,研究 一个分子内部核与电子运动的问题,就变为N个电子在固定的原子 核电场中运动的问题。而电子又都是电荷、质量、自旋等特征完全 相同的粒子,因此,分子结构问题的研究就化为N个全同粒子体系 的研究。这就大大简化了原来多粒子体系的复杂度。主要应用于分 子结构研究、凝聚态物理、量子化学、化学反应动力学等领域。
定通 过吸收或发射光的形式发生
mn
x
mn
y
mn
z
mn
显然,只有当 x mn 、 y mn和 z mn 不全为零时,跃迁才可
能发生,称为跃迁允许,反之,称为跃迁禁阻。
使 x mn 、 y mn 和 z mn 不全为零的条件,称为光谱选律。
光谱选律的确定,还可以借助群论作为工具
* n
Hˆ
'
(
t
)
md
* n
akm (t) kd
akm (t ) nk anm (t )
k
k
原子光谱项与分子的电子光谱项

:
①一维表示标记为 A 或 B , 用 E、 T、 U 和 W 分别标记二、 三、 四、 五维不可约表示 。 π 2 ②对于绕主轴 Cn转动 ,对称的一维表示用 A 标记 , 反对称的用 B 标记 。
n
③如果有对称中心 ,则用“u ” 或“g ” 标记反演是对称或反对称的 。 ④如果有水平镜面 σh ,则用“′ ” 或“″ ” 表示对于 σh的反映为对称或反对称的。 ⑤如果上述标记还不足以区分全部表示时 ,再加上下标 1, 2, …。对于一维表示 A 或 B ,下 标 1 和 2 分别标记对垂直于主轴的 C2轴是对称的或反对称的 ; 如果没有 C2轴 ,则标记对垂直镜 π 2p 面的反映是对称的或是反对称的。对于二维表示 ,下标 1和 2标记绕主轴 Cn转动 角度中 p的
类似 ,双原子分子的光谱支项为 : 2S + 1 Λ + S,Λ + S - 1, …,Λ2 ( 7) Λ S Ω ,Ω = 如果分子有对称中心 ,分子谱项右下角也会有宇称符号 g 与 u。此外 , 对于 Σ谱项 (Λ = 0 ) , 右上角若有 + 、- 号 ,则代表其对包含键轴的平面的对称性 。 对于线性分子的电子光谱项 ,可根据该分子的最高占据轨道 ( HOMO )的电子排布来定 。线 p 性分子的基态光谱项见表 2。同原子体系一样 ,在分子中也存在互补定理 ,即开壳层组态 (λ) 与 p- 1 ( p为该壳层容纳的最大电子数 )具有相同的谱项 。 它的互补组态 (λ)
描述原子中单个电子的运动状态可以采用 n、 l、 m、 m s这 4 个量子数 。原则上讲 ,无论是原子 体系还是分子体系 ,其整体状态均取决于原子核外所有电子的运动状态 。在每一个原子中 ,由主 [1] 量子数 n、 角量子数 l描述的原子中的电子排布方式称为组态 ,例如基态碳原子的电子组态为 2 2 2 σg ) 2 ( 1 σu ) 2 1 s 2 s 2p 。电子组态也可以用于表示分子的电子排布 , 例如 L i2的电子组态为 ( 1
分子结构和分子光谱

第九章 分子结构和分子光谱一、内容提要E=E 电+E 振+E 转=E e +E v +E r 其中E e -∽1ev 量级,与原子的激发态能量同数量级;E v ∽0.01ev 量级; E r ∽0.001ev 量级分子光谱:远红外谱,近红外谱,可见和紫外谱2.双原子分子的状态(1)分子中单个电子的轨道角动量,用量子数λ来描述,即λ=0, 1, 2, 3,…电子态σ,π, δ, ϕ, …(2)分子的总轨道角动量为 Λ,∑=i i Λλ是代表分子的电子态的重要量子数 .对于不同Λ值的分子电子态,可用大写希腊字母正体表示,即:Λ= 0, 1, 2, 3, …分子态(正体)∑, ∏, ∆, Φ,…(3)对Λ≠0的诸态,分子总自旋角动量在分子轴向上的量子化分量为 Σ,Σ=S,S-1,…,-S ,一共取2S +1个值,S 是自旋量子数(4)分子的总角动量为 Ω,而ΣΛ+=Ω,ΣΛ+=S ΛS ΛS Λ-⋅⋅⋅-++,,1,双原子分子状态的多重性,由分子的总自旋量子数S 决定 .对一个Λ值,谱项分裂为2S +1个3.双原子分子的振动能量和振动光谱(1)双原子分子的谐振子模型:势能曲线视为抛物线, 2121m m m m +=μ,准弹性力:()c r r k F --=,振幅12r r r r A e e -=-=,固有频率μπkf 21=, a v E E v ⎪⎭⎫ ⎝⎛+==21振,hf a =,v =0,1,2,…是振动量子数 说明: (A)分子作谐振动时,能级是等间距的 .(B)v =0时 E 振=a /2=hf /2称零点能,振子永不会停止 .(C)选择定则:只有1±=∆v 时的跃迁才是允许的 .(D)分子从v →v +1的能级跃迁时,所吸收的光子波数为cf hc E v =∆=ν~. 说明在谐振子模型下,所有振动光谱的频率一样,只能观测到一条谱线. 这条谱线只不过是其中最强的一条.(E)谐振子模型无法解释较弱振动光谱线的产生 .(2)双原子的非谐振子势模型势能 32)()(21)(e e r r C r r k r U ---= 分子振动能量:E 振=E v =(v +1/2)hf -(v +1/2)2xhf =(v +1/2)a -(v +1/2)2b说明:①x 是非谐性常数,其值很小,x=a/b <1②能级不等间距,随v 的增大能级间隔逐渐减小③遵从选择定则,3,2,1±±±=∆v …(3)纯振动光谱在同一电子态中,v →v’ (v’>v )振动能级跃迁中吸收光子的波数()()()ωωλνx v v v v v v hcE E v v 11~++'-'--'=-==' 式中ω=a/hc=f/c , x=f/a . 忽略第二项得()ωωνv v v ∆=-'=~, ⋅⋅⋅=∆,3,2,1v 所以有ν~=ω,2ω,3ω,… 说明:只有有极分子才有纯振动光谱由相同原子组成的双原子分子是无极分子,无纯振动光谱振动能级间距的数量级仅为10-1eV振动光谱在近红外光区,λ是μm 量级由振动光谱可测分子的力常数k双原子分子中的一种原子有两种同位素,则相应吸收光谱中所得两同位素的 两种谱线的波数之比为μμμμνν'='='k k ~~ 4.有电子跃迁的振动光谱()ωωωωννx v v x v v E E E E hce v e v e 2221212121~ ])[(1~⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+-''⎪⎭⎫ ⎝⎛+'-'⎪⎭⎫ ⎝⎛+'+=+-'+'=说明: (1)v ’=0→v =0为光谱带基线跃迁,其波数为()()ωωωωννx x e -''--'+=4121~~00 (2)两电子之间的振动能级跃迁产生一个光谱带系,在可见和紫外光区 .(3)当1=∆v 时,mk c c f πων21~===. 由此可求出力常数k , k 的大小可反映分子键的强弱5.双原子分子的转动能量和转动能量(1)双原子分子的刚性转子模型:双原子分子转轴过职心切垂直于二原子核链线 .(2)转动惯量 I =m 1r 12+m 2r 22=222121r r m m m m μ=+ 转动角动量P = )1(+J J ,J =0,1,2,……转动量子数转动态能量 E =()()1218222+=+J J I J J I h π说明:①随J 增加,相邻能级间隔增大. 相邻转动能级差为10-4eV 量级 ②()()[]1122+-+''=-'=∆J J J J I E E E r r ③跃迁选择定则=∆j J 末-J 初=±1(+表示吸收 .-表示发射)④分子从J →J’=J +1吸收光子的波数()J B J B hc E '=+=∆=212~ν, Ic hB 28π=称转动常数谱线波数的间隔是相等的,皆为B JJ 2~~~1=-=∆+ννν ⑤纯转动谱波长在cm 或mm 量级,在远红外区. 由转动光谱波长可求出两核之距r . ⑥非极性分子观察不到纯转动光谱,极性分子观察到纯转动光谱⑦基本与实验符合,但不能说明J 较大时谱线间距变小的现象.(2)非刚性转子模型:分子转动时,两核间距r 发生变化,设两核体积忽略不计,且两核之距r 比无转动时两核平均之距r e 略大 .E 转=E r =hc [BJ (J +1)-DJ 2(J +1)2], D=kc r h e 624332μπ, D<<B选择定则:1±=∆J分子从J →J +1吸收光子的波数()()21412~+-+=J D J B ν 6.振―转谱带结构(1)任一个振动能级上都有一组转动能级,振动能级能量和转动能量同时改变而产生的光谱称振―转光谱.(2)跃迁选择定则1±=∆v ,J ∆=±1;(3)谱线波数 ()()[]()()11~1~0+-+'''+=+-'+'=J BJ J J B E E E E hc r v r v νν 若B’=B,则0~~νν=+B[J’(J’+1)-J(J+1)] R支:当J’=J+1时,1+=∆J , 0~~νν=+2B(J+1)=ν~0+2BJ’,J’=1,2,... P支:当J’=J-1时,1-=∆J ,()BJ J B 2~12~~00-=+'-=ννν,J=1,2,3,... 说明:①在纯转动谱中,J’与J属于同一振动能级,∆J=+1表吸收,∆J=-1表发射 ②在振―转谱中,J’与分J属于不同振动能级,1±=∆J 皆表吸收(或发射) ③忽略转动,从10=→=v v 是一条振动吸收谱线;忽略振动,从10=→=v v 是一系列振―转谱线,即光谱带 . 00=→='J J 的谱线是基线. 基线跃迁不服从1±=∆J ,故观察不到 .④R支波数大于0~ν;P支波数小于0~ν . 相邻谱线的间隔为2B,两分支的间距为4B .7.电子谱带的转动结构(1)电子能量、振动能量和转动能量都变动,形成电子振动转动谱带 .在可见和紫外区(2)J 的跃迁选择定则0,1±=∆J (J ’=0到J =0的除外)(3)谱带的波数ν~=0~ν+B ‘J ’(J ‘+1)-BJ (J +1) P 支:当1-=∆J 时,1-='J J ,0~~νν=-(B ‘+B )J +(B ‘—B )J 2,J =1,2,…… Q 支:当0=∆J 时,J ‘=J ,0~~νν=+(B’+B )J +(B ’-B )J 2, J =1,2,…… R 支:当1+=∆J 时,J ‘=J +1,0~~νν=+(B ’+B )J ‘+(B ’—B )J 2,J =1,2,…… 说明:(1)若两电子态都属于∑态,则J ∆=1;若两电子态中有一个不是∑态,则J ∆=0,1; (2)当B’>B 时,对于R 支和 Q 支,ν~随 J (或J’)的增加而单调的增加;对P 支,ν~随J 增加而减小,然后当J 到达某一数值时,又随J 增加而增加 (3)当B’<B 时,对于P 支和 Q 支,ν~随 J 的增加而单调减小; 对R 支,ν~先是随J’增加而增加,然后当J’到达某一数值时,又随J’增加而逐渐减少 .8.拉曼效应(组合散射):1928年发现(1)以强的单色光照射某一种物质样品时,在与入射光线垂直方向观察到一条波数与入射光波数0~ν相同的谱线外,还有两条对称分布在0~ν两侧,波数分别为0~ν±ν~1,称为组合散射(或拉曼效应)(2)进一步发现:(a) 0~ν-ν~1的谱线强度比0~ν+ν~1强; (b) ν~1与散射物质有关与0~ν无关;(c) 0~ν和0~ν±ν~1附近还存在间隔很小的谱线 .(3)拉曼效应实际上是一种光的散射过程,和分子的振动和转动相联系.二、基本练习 :楮书P 284 习题。
原子光谱与分子光谱

原子光谱和分子光谱
原子光谱反映原子或离子的性质而与原 子或离子来源的分子状态无关。确定试 样物质的元素组成和含量。不能给出物 质分子结构的信息。
原子光谱为线状光谱
原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
(一)核外电子运动状态
原子核外电子的运动状态可以用主量子数、角量子数、磁量 子数、自旋量子数来描述。
1、n决定电子的能量和电子离核的远近。
取值:K、L、M、N。。。。
2、L决定角动量的大小及电子轨道的形状。
符号: s, p, d, f
L=0,1,2,3…..,(n-1)
3、磁量子数m决定磁场中电子轨道在空间的伸展的方向。
4、自旋量子数ms决定电子自旋的方向,顺磁场和逆磁场
ms=1/2,-1/2
原子光谱和分子光谱
➢拉曼光谱法 (RS) Raman Spectroscopy
➢*核磁共振波谱法(NMR) Nuclear Magnetic Resonance
Spectroscopy ➢*质谱法 (MS)
Mass Spectroscopy
联用技术发展很电子相对于原子核的运动--电子能级; (△E=1~20eV,紫外、可见、近红外) 2.原子核在其平衡位置附近的相对振动--振动能级;
第二节 原子光谱和分子光谱
(二)光谱项 原子的能量状态需要用光谱项来表征。
N2s+1LJ 其中n为主量子数,L为总角量子数
L=∑Li S为总自旋量子数,S=Σms , I J内量子数,是由于轨道运动和自旋运动的相互作 用,即轨道磁距与自旋磁距的相互影响而得出的。
第二节 原子光谱和分子光谱
J=L+S
➢*红外吸收光谱法(IR) Infrared Spectroscopy
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
若两电子自旋态相同,则自旋波函数 对称,空间波函数反对称,不能形成
共价键—两个核共同拥有一对自旋反平行的电子
对
原子,三态(S=1)的能量低为什么对
:一个核,只考虑两电子的排斥作用,
时两电子靠近的概率小,排斥作用弱,所以能量低
例如,汞光
射入Hcl, 散射光中偏红伴线
Hcl的红外振动谱线有2885.9
室温下
强,
弱,
解释 使分子从基态
使处于激发态
激发至虚能级再跃迁至激发态 的分子跃迁至虚能级再跃迁到基态
处于
的分子数
拉曼散射可激发用一般方法不能激发的纯振动谱或纯转动谱, 有利于研究分子结构或材料特性。
本节内容结束
选择定则:
谱线在
,
左右分为两支,间隔为4B,因
谱线不存在,其它相邻谱线的距离为2B
§9.5 电子—振—转光谱 电子能量、振动能量、转动能量都有变化,形成谱带
很大,在可见和紫外光区域,
的选择定则
除外
和
属于不同的电子能级
可相差很大
这时光子带走的角动量可由电子轨道角动量的变化来补偿,因而
是容许的,由
不同,谱线分为三支
支:
支
支
或
随
变化的规律是抛物线,设
对
和
支:
对
支:
先后
§9.6 拉曼散射
拉曼(C.V.Raman)1928年发现光的组合散射, 1930年获诺贝尔物理奖
实验
单色光
射入透明介质,测散射光的频率和强度,发现除
外有:
称偏红伴线,Stokes线
称偏紫伴线,反Stokes线
和 无关,只和散射物质有关,与散射物质的一些红外光的频率相同,
即
对
是对称或反对称的
在中点处为零,
可不为零(图2.2.3)。
描述的电子才有较大的概率出现在两核中间, 把两个核吸引在一起形成束缚态。
看一个氢原子和一个质子怎样形成
和 和 在二
相距∞时 无作用 接近时若为 之间 吸引
很小时 排斥
进入H的电子云内
再看氢分子
两电子的空间波函数必须是对称的才能出现在两质子中间
附近可看作简谐振子势
按普郎克理论振动能量是量子化的
量子力学得出
时,
, 零点能ຫໍສະໝຸດ 实际上,双原子分子势不是抛物线,振动能的表达式为
大时能级不等距 选择定则为
1.纯振动跃迁(有极分子)
低能级跃迁,近似有 了解分子键和结构
2.振—转光谱
和
同时改变产生的光谱,近红外
和
相应的
不同,因而
和
不同,
但相差不远,可认为相等
:希望两个电子都在两个核中间,这时它们对核的吸引作用 占优势,所以要求自旋反平行。
分子则相反?
原子最外层的电子凡未按自旋相反配成对的都可和其它原子 类似的电子组成共价键,例如
原子
电子是单独的可与另一
电子构成共价键形成 原子,有两个未成对的电子,可形成
也可形成双键的
原子的
§9.2 分子的光谱和能级
分子光谱的特点:带光谱、谱带组, 光谱的特点反映了分子的三种运动
按经典力学,转动能为
平动 按量子力学
特点:能级间隔为2, 4, 6, 8,…纯转动跃迁(电子和振动态都不变)
选择定则: 代表发射;
代表吸收
谱线波数的间隔是等距的为
由间隔
和理论比较说明:
1)分子不是刚体,转得快时
要变大
能量比公式给出的小,应加修正项
2)只有有极分子才有纯转动光谱
§9.4 双原子分子的振动光谱 势能曲线在平衡位置
(1)电子运动
分子大小为
电子在大小为
的范围内运动,由不确定关系
~
~
~
~
可算出
~几个
与原子中电子的束缚能相近,跃迁时发出 可见光、紫外光 (2)分子转动 双原子分子的转动惯量为(设A、B相同)
转动能
较低的转动能级
~
~
光谱波长:
(3)分子振动
振动能
~
量级,远红外区
光谱波长是
量级,近红外区
§9.3 双原子分子的转动光谱 可绕通过质心且垂直于对称轴的轴线转动, 看作刚体,转动惯量为
, 两者相互吸引
很小,原子核互相排斥 离子键:分子由正负离子组成,有电偶极矩—有极分子
(2)共价键
两相同原子组成的分子,如
等以及大多数有机化合物的分子 一部分价电子是两个原子所共有形成共价键
以
为例,电子在一个核场中的库仑势为
中电子在两质子的联线上的库能势, 它对过联线中点且与联线垂直的平面.
是对称的,电子波函数也应有对称性,即要求
第九章 分子结构与分子光谱
§9.1 分子的形成
1.分子的形成
原子
分子
一定的相互作用方式称为化学键, 常见的有两种:离子键和共价键 结合后体系的能量应较结合前低
(1)离子键(以NaCl为例)
碱金属、碱土金属原子和卤族、氧族原子的结合 碱金属原子电离能小易失去电子
原子
,再加一个电子壳层闭合放能
两过程共需能量 可发生电子转移形成