Предисловие

А.И. Комяк

МОЛЕКУЛЯРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ. ВРАЩАТЕЛЬНЫЕ, КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ
И ЭЛЕКТРОННЫЕ СПЕКТРЫ МНОГОАТОМНЫХ МОЛЕКУЛ

Учебное пособие

Для студентов физического факультета
Белгосуниверситета

Минск

БГУ

предисловие

Молекулы в отличие от атомов характеризуются многообразием форм движения, поэтому их спектры, соответствующие этим формам движения, весьма разнообразны. Например, кроме движения электронов в молекуле мы имеем дело с движением ядер: колебаниями, вращениями и всевозможными поступательными перемещениями. Это приводит к различным спектрам, наблюдаемым для молекулы: электронным, колебательным и вращательным, а с учетом взаимодействия всех форм движения будут присутствовать и спектры электронно-колебательно-вращательного, колебательно-вращательного типов. В предлагаемом пособии рассматрим наряду с общими вопросами спектроскопии вращательные, колебательные и электронно-колебательнные спектры молекул по мере увеличения квантов поглощаемой энергии.

Число электронов в многоатомной молекуле значительно больше, чем в атоме, поэтому электронная спектроскопия молекул гораздо богаче и разнообразнее спектроскопии атомов. Однако для простоты мы будем рассматривать электронную спектроскопию только внешних (валентных) электронов, ограничившись нижними возбужденными электронными состояниями, частоты переходов в которые регистрируются в видимой и ультрафиолетовой областях спектра.

Вторая половина ХХ столетия – время необычайно бурного и успешного развития молекулярной спектроскопии, создания надежных автоматизированных спектрометров инфракрасного, видимого и ультрафиолетового диапазонов, лазеров как мощных источников монохроматического возбуждения спектров, а также развития теоретических основ молекулярной спектроскопии. Использование вычислительных машин и новых методов расчета колебательных и электронных состояний молекул позволило оценить устойчивые состояния молекул и предсказать ее электронный и колебательный спектры. Применение лазеров как источников возбуждения молекулярных спектров позволило разобраться и изучить многие закономерности и объяснить структуру узколинейчатых спектров молекул, а также наблюдать многофотонные переходы в молекуле и влияние изотопного замещения в молекулах на положение, ширину и интенсивность линий, наблюдаемых в спектрах. Появилась возможность зарегистрировать тонкоструктурный спектр одной молекулы, находящейся в конденсированной среде.

Методы электронной спектроскопии успешно используются также при изучении неупорядоченных конденсированных систем: жидких и стеклообразных, полимеров, пористых стекол, жидких кристаллов и биологических систем. Существенный успех молекулярной спектроскопии в изучении указанных объектов был связан с развитием техники временной спектроскопии, что позволило изучить динамику молекул в неупорядоченных средах в широком временном диапазоне (от нескольких секунд до фемтосекунд).

обнаружены новые закономерности в формировании мгновенных спектров поглощения и флуоресценции. Вместе с этим значительно возросли возможности компьютерного моделирования процессов молекулярной динамики сложных образований, включающих поглощающую молекулу и молекулы (несколько сотен) окружения. Это стимулировало дальнейшее изучение влияния динамики молекул среды в формировании спектров поглощения и флуоресценции. Влияние межмолекулярных взаимодействий на спектральные, кинетические, фотохимические и другие физико-химические свойства молекул представляет проблему большой научной и практической важности для молекулярной спектроскопии, физики конденсированного состояния вещества, лазерной физики и радиационной физики и других отраслей науки. И сегодня спектроскопическая информация является необходимой основой как для фундаментальных исследований, так и для решения задач прикладного характера.