В колебательно-вращательном ик-спектре поглощение паров dBr естественного изотопного состава получены при большом разрешении следующие линии вращательной структуры (см-1)

1894,75	1864,57	1822,93	1786,57
94,17	54,01	22,40	86,16
87,48	56,58	14,10	77,22
86,90	56,02	13,57	76,72
80,02	48,42	05,12	67,61
79,45	47,87	04,50	67,11
72,38	31,59	1795,97
71,81	30,95	95,45

Определите положение нулевой линий , отнесите линии к изотопическим модификациям молекул D⁷⁹Br и D⁸¹Br . Сделайте отнесение линий к Р - и R - ветвям и определите их нумерацию по вращательным квантовым числам J . Рассчитайте значение вращательной постоянной обеих изотопических молекул для основного и возбужденных колебательных состояний молекул D⁷⁹ Br и D⁸¹ Br. Определите молекулярный постоянные , и . Рассчитайте отношение приведенных масс из молекулярных весов и сравните его с расчетным значением

Литература

1. К. Бенуэлл. Основы молекулярной спектроскопии. М. 1985.

2. М.А. Ельяшевич. Атомная и молекулярная спектроскопия. М. 1962.

3. А.А. Мальцев. Молекулярная спектроскопия. М. 1980.

4. Н.Г. Бахшиев. Введение в молекулярную спектроскопию. Л. 1987.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО-КОЛЕБАТЕЛЬНОГО СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ МОЛЕКУЛЫ ЙОДА

Цель работы: Изучить закономерности электронно-колебательных спектров двухатомных молекул, определить характеристики электронно-колебательных переходов молекулы йода.

Приборы: Монохроматор УМ-2, ртутная лампа ДРШ-250, лампа накаливания, кювета с кристаллическим йодом, конденсор.

Задание

1. Изучить оптическую схему и принцип работы установки.

2. Установить ртутную лампу ДРШ-250 перед монохроматором, включить ее и провести юстировку установки и градуировку монохроматора .

3. Получить отчетливый спектр поглощения молекул йода и изучить его структуру.

4. Используя градуировочный график, найти в спектре поглощения йода полосу с длиной волны = 548,3 нм с квантовым числом =35.

5. Определить длины волн 5-7 полос поглощения йода, находящихся в окрестности и занести соответствующие им значения частот в таблицу Деландра

6. На основании полученных данных рассчитать значения , , , и определить энергию диссоциации молекулы йода в возбужденном состоянии.

Теоретическое введение

Электронно-колебательные спектры поглощения или излучения молекул располагаются в видимой и ультрафиолетовой области и представляют собой совокупности полос. Полосы обычно имеют резкий край с одной стороны, называемый кантом полосы, и размытый – с другой. При регистрации такого спектра с помощью прибора с высокой разрешающей способностью обнаруживается колебательная структура электронной полосы, анализ которой позволяет определить ряд молекулярных параметров, характеризующих электронное и колебательное движения молекулы.

В данной работе исследуется спектр поглощения двухатомных молекул йода. Этот спектр находится в видимой области и представляет собой серию полос, сгущающихся по мере уменьшения длин волн.

Последовательное описание структуры электронно-колебательного спектра молекул дает квантовая механика. С квантово-механической точки зрения полная энергия молекулы в определенном стационарном состоянии выражается следующим образом:

, (1)

где - энергия электронного движения молекулы (электронная энергия), - энергия колебательного движения молекулы (колебательная энергия), - энергия вращательного движения молекулы (вращательная энергия), , , - энергии, учитывающие взаимное влияние электронного и колебательного, электронного и вращательного, колебательного и вращательного видов движения молекулы, соответственно.

Электронная, колебательная и вращательная энергии квантованы. Для двухатомной молекулы правило квантования колебательной энергии в ангармоническом приближении имеет вид:

, (2)

где - собственная частота колебания молекулы, -силовая постоянная химической связи молекулы, -ее приведенная масса, = 0,1,2,…. – колебательное квантовое число, - параметр ангармоничности колебания.

Как видно из формулы (2), с увеличением квантового числа энергетическая разность между колебательными уровнями уменьшается.

Квантование вращательной энергии двухатомной молекулы имеет вид:

, (3)

где j = 0, 1, 2, 3…; – вращательное квантовое число, I – момент инерции молекулы.

При переходе из одного стационарного состояния в другое могут изменяться все составляющие части энергии молекулы энергия излучаемого или поглощаемого кванта света будет равна:

, (4)

где один и два штриха, как принято в спектроскопии, относятся к верхнему и нижнему состояниям, соответственно.

Опыт и теория показывают, что . В случае перехода молекул из одного электронного состояния в другое, т.е. в случае электронно-колебательных переходов, не существует строгого правила отбора для колебательного квантового числа , и каждое колебательное состояние верхнего электронного состояния может комбинировать с каждым колебательным состоянием нижнего электронного состояния. Если учесть вращательные переходы, то получим, что каждому электронно-колебательному переходу будет соответствовать полоса, состоящая из большого числа близко расположенных линий.

C учетом вышесказанного частота электронно-колебательного перехода в спектре поглощения (в пренебрежении вращательным движением) на основании формулы (4) определяется следующим образом:

, (5)

где определяет изменение электронной энергии при данном переходе и определяет нулевую линию полосы. Нулевая линия каждой полосы соответствует переходу

Используя (2) и (5), получим, что частоты электронно-колебательных переходов в поглощении могут быть вычислены по формуле:

(6)

Здесь , - частоты собственных колебаний молекулы в возбужденном и основном колебательных состояниях; , - параметры ангармоничности колебаний в соответствующих состояниях молекулы.

При невысоких температурах большая часть молекул находится на нижнем колебательном уровне основного состояния . Поэтому при поглощении соответствующих квантов практически имеются только переходы из нижнего колебательного состояния на различные колебательные уровни верхнего электронного состояния (см. рисунок 1). Если величина колебательного кванта в электронном состоянии невелика или температура достаточно высока, то часть молекул находится в возбужденном состоянии , и поэтому при поглощении могут возникнуть переходы и из первого возбужденного колебательного состояния.

При интерпретации экспериментальных спектров сведения о структуре электронно-колебательной полосы молекулы сводятся в таблицу, называемую схемой Деландра. Она имеет вид таблицы, в которую занесены значения частот (волновых чисел) электронно-колебательных компонент полосы.

Определив экспериментально частоты (волновые числа ) электронно-колебательных переходов в спектре поглощения и отнеся их к поперечной серии в схеме Деландра при = 0, можно, пользуясь формулой (6), определить характеристики молекулы , а также , , молекулы в возбужденном электронном состоянии . Кроме того можно вычислить энергию диссоциации молекулы в верхнем состоянии, т.е. найти максимальную колебательную энергию молекулы в данном состоянии.

. (7)

	0	1	2	3	4	….
0
2
3
4
….

Порядок выполнения работы

1. Изучить оптическую схему и принцип работы установки.

2. Установить ртутную лампу ДРШ-250 перед монохроматором, включить ее и провести юстировку установки.

3. Пользуясь атласом спектральных линий ртути, провести градуировку монохроматора, построить градуировочный график.

4. Установить перед монохроматором лампу накаливания и кювету с кристаллическим йодом, включить подогрев кюветы. Получить отчетливый спектр поглощения молекул йода.

5. Используя градуировочный график, найти в спектре поглощения йода полосу с длиной волны = 548,3 нм с квантовым числом =35.

6. Определить длины волн 5-7 полос поглощения йода, находящихся в окрестности и занести соответствующие им значения частот в таблицу Деландра

7. На основании полученных данных рассчитать значения , , , и определить энергию диссоциации молекулы йода в возбужденном состоянии.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК