轉動光譜

轉動光譜

轉動光譜是一個分子的同一電子態和同一振動能級的兩個不同的轉動能級間躍遷所產生的光譜。

術語簡介


分子吸收適宜的光子后,則發生轉動能級的躍遷,而產生轉動光譜。分子轉動能級的躍遷所需能量很小,約為41.84~418.4J/mol,相應的波長0.3~3mm,純粹的轉動光譜只能在電磁波譜的遠紅外區及微波區。
分子的轉動能,主要取決於分子的幾何形狀、質量等。它僅對氣體才有意義,因為氣體分子可以自由移動,而對於液體、固體,則由於分子間作用力較大妨礙分子轉動,以致通常觀察不到它們的轉動光譜,又由於它們處於遠紅外及微波區,故目前在化學上應用不廣。體系的轉動能量 Er是量子化的,對於一個剛性的雙原子分子,在圍繞通過其質心且與原子核連線成正交的一個軸線轉動的情況下,其能量值為:
式中是轉動常數, h是普朗克常數, c是光速, I是分子繞軸旋轉的轉動慣量, J是與轉動態對應的轉動量子數,它可以取0,1,2,…一系列整數。由此可以得到一系列分立的能級(見圖)。當轉子從較低的能級( J″)躍遷到較高的能級( J′)時,吸收光量子,從而產生純轉動的吸收光譜。躍遷時的選擇要求為: Δ J=±1
吸收光譜的頻率為:
由於 J′= J″+1,上式可以僅用一個量子數 J表示,即 v=2 B( J+1)
此式說明純轉動光譜是由一系列等間距的,頻率為2 B、4 B、6 B、…的譜線所組成。兩條相鄰譜線的波數差等於常數2B。非剛性雙原子分子和多原子分子的純轉動光譜則要複雜得多。