Теоретическое введение. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО-КОЛЕБАТЕЛЬНОГО СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ МОЛЕКУЛЫ ЙОДА
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. Используя ртутную лампу ДРШ-250, провести юстировку установки и градуировку монохроматора . 3. Получить отчетливый спектр поглощения молекул йода и изучить его структуру. 4. Определить длины волн 5-7 полос поглощения йода и определить значения характеристик колебательного движения и энергии диссоциации молекулы иода в основном и возбужденном состояниях. 5. Изучить следующие вопросы: · Классификация электронных состояний двухатомной молекулы. · Колебательная структура электронных переходов. · Принцип Франка-Кондона; следствие из него. · Схема Деландра, парабола Кондона.
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. рис. 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)
Популярное: Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (729)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |