Структура энергетических уровней молекул

Как уже отмечалось, молекула более сложное образование, чем атом. В ней появляются новые (по сравнению с атомом) степени свободы движения частиц молекулы, что отражается на структуре ее энергетических уровней и характере ее спектра. У молекулы кроме движения электронов относительно ядер ее атомов возможны еще два рода движения ее частиц, которые не имели место в атоме:

– атомы молекулы могут колебаться относительно положения равновесия;

– молекула может вращаться как целое вокруг ее центра тяжести.

Этим трем движениям в молекуле – электронному, колебательному и вращательному – соответствуют три типа квантовых состояний и уровней энергии. Таким образом, полная энергия молекулы с хорошей степенью приближения может быть представлена как сумма квантовых значений энергии электронного E_эл, колебательного E_кол и вращательного E_вр движений:

E= E_эл + E_кол +E_вр 2.1

Частицы в молекуле сильно различаются по массам. Поэтому движения ядер (колебательное, вращательное) в молекуле много медленнее по сравнению с движением электронов. Это обуславливает различный порядок величин энергий движения. Простые оценки дают следующее отношение этих величин:

E_эл: E_кол: E_вр = 1: (m/M)^1/2: m/M 2.2

где m – масса электрона; M – масса ядер атомов, входящих в молекулу.

Оценим качественно характер структуры энергетических уровней молекулы и порядки величин энергий уровней, причем для простоты ограничимся случаем двухатомной молекулы.