Понятие об энергетических уровнях молекул. Взаимодействие атомов в молекулах осуществляется посредством валентных электронов. Для двухатомных молекул (рассмотрим этот случай) различают 2 связи: ковалентную (гомеополярную), при которой обобществляются валентные электроны, и ионную (гетерополярную), при которой один из атомов как бы «отдает» лишний электрон другому атому. H2 1S 1 1S 1 H H H H NaCl Na(11) Cl(17) 1S 2 2S 2 2 p 6 3S 1 1S 2 2S 2 2 p 6 3S 2 3 p 5 Рассмотрим молекулу водорода. Ядра атомов обозначим через а , б, а электроны через 1 и 2. Запишем уравнение Шредингера: 1 rb1 ra1 2 b rab 2m a r12 ra 2 (12 22 ) ( E U вз ) 0 rb 2 2 U вз 1 2 2 2 2 2 2 e e e e e e ( ) 4 0 rаб r12 rа1 rа 2 rб1 rб 2 Понятие об энергетических уровнях молекул • Уравнение Шредингера имеет 2 решения для собственных значений энергий молекулы Е, которые получаются в случае различной ориентации спинов электронов. • В первом случае, когда спины электронов атома водорода сонаправлены, молекула водорода не образуется. Молекула образуется во втором случае, когда спины электронов направлены в противоположные стороны. • E r0 - соответствует стабильному 1 состоянию молекулы. E0 - энергия диссоциации молекулы E0 2 0 r0 rab Помимо энергии, обусловленной электронной конфигурацией, молекула может обладать еще двумя видами энергии: колебательной и вращательной. Все виды энергии квантуются. E Eэл Eвиб Eрот Eэл R Eвиб z 2 n 2 1 (v ) 2 Понятие об энергетических уровнях молекул • Выражение для ротационной энергии получим следующим образом. I 2 I 2 2 Eрот 2 2I M2 Eрот 2I I M • Воспользуемся условием квантования модуля момента импульса 2 Eрот j ( j 1) 2I • Полная энергия молекулы определяется z 1 j ( j 1) E R 2 (v ) 2 2I n 2 Квантовые числа v 1, 2 и j подчиняются правилам отбора j 1. Рентгеновские спектры Рентгеновское излучение называют еще характеристическим излучением, так как по рентгеновским спектрам определяют порядковый номер элемента в таблице Менделеева. Рентгеновские спектры возникают тогда, когда с внутренних оболочек атома вырывается электрон, образуется вакантное место, на которое переходят с вышележащих уровней. В зависимости от того, с какой оболочки выбит электрон, в характеристическом излучении различают серии K, L, M, N,… n4 K K K n3 n2 j 1 j0 n 1 Мозли установил закон, связывающий частоту рентгеновского излучения с порядковым номером элемента в таблице Менделеева: R( z ) ( 2 1 n12 1 n22 ) Закон Мозли в сокращенном виде: c( z ) Характеристическое излучение можно рассматривать как излучение, возникающее при переходе электрона с одного уровня на другой в атоме, ядро которого несет заряд . z учитывает экранирующее действие электронов, находящихся в близи ядра. Последняя формула получена в предположении, что число принимает одинаковое значение для уровней n1 и n 2 , что, вообще говоря, неверно. Комбинационное рассеяние света – Романовские спектры. При рассеянии света газами, жидкостями и прозрачными твердыми веществами в спектрах рассеяния помимо основных линий с частотой наблюдались две дополнительные линии с частотами , которые получили название сателлитов (спутников). Это явление и получило название комбинационного рассеяния света. Объяснить наличие света сателлитов можно было рассмотрев неупругий удар фотона с атомами вещества. E - частота, связанная с колебательными вращательными энергетическими уровнями молекул. или Если молекула отдает свою энергию, переходя с более высокого вибрационного (ротационного) уровня на более низкий, то возникает фиолетовый спутник. Если поглощается часть энергии фотона, переход с более низкого на более высокий уровень, то возникает красный спутник. Спектры комбинационного рассеяния дают информацию о строении молекул и, в частности, об их симметрии. С помощью Романовских спектров изучается динамика кристаллической структуры веществ.