分子结构与分子光谱

§9.3 双原子分子的转动光谱
可绕通过质心且垂直于对称轴的轴线转动, 看作刚体，转动惯量为
按经典力学，转动能为
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平动 按量子力学
特点：能级间隔为2, 4, 6, 8，…纯转动跃迁（电子和பைடு நூலகம்动态都不变）
选择定则：
代表发射；
代表吸收
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谱线波数的间隔是等距的为
以
为例,电子在一个核场中的库仑势为
中电子在两质子的联线上的库能势， 它对过联线中点且与联线垂直的平面.
是对称的，电子波函数也应有对称性，即要求
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即
对
是对称或反对称的
在中点处为零，
可不为零（图2.2.3）。
描述的电子才有较大的概率出现在两核中间， 把两个核吸引在一起形成束缚态。
谱线不存在，其它相邻谱线的距离为2B
§9.5 电子—振—转光谱
电子能量、振动能量、转动能量都有变化，形成谱带
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很大，在可见和紫外光区域，
的选择定则
除外
和 属于不同的电子能级 可相差很大
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这时光子带走的角动量可由电子轨道角动量的变化来补偿，因而
是容许的，由
不同，谱线分为三支
支：
支
支
或
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随 变化的规律是抛物线，设
对和
支：
对 支：
先后
§9.6 拉曼散射 拉曼(C.V.Raman)1928年发现光的组合散射， 1930年获诺贝尔物理奖
实验
单色光
射入透明介质，测散射光的频率和强度，发现除
外有：
称偏红伴线，Stokes线
称偏紫伴线，反Stokes线
对称，空间波函数反对称，不能形成
共价键—两个核共同拥有一对自旋反平行的电子
对
原子，三态（S=1）的能量低为什么对
：一个核，只考虑两电子的排斥作用，
分子则相反？
时两电子靠近的概率小，排斥作用弱，所以能量低
：希望两个电子都在两个核中间，这时它们对核的吸引作用
占优势，所以要求自旋反平行。
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分子结构与分子光谱
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原子
，再加一个电子壳层闭合放能
两过程共需能量 可发生电子转移形成
， 两者相互吸引
很小，原子核互相排斥 离子键：分子由正负离子组成，有电偶极矩—有极分子
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(2)共价键
两相同原子组成的分子，如
等以及大多数有机化合物的分子 一部分价电子是两个原子所共有形成共价键
原子最外层的电子凡未按自旋相反配成对的都可和其它原子 类似的电子组成共价键，例如
原子
电子是单独的可与另一
电子构成共价键形成
原子，有两个未成对的电子，可形成
也可形成双键的
原子的
§9.2 分子的光谱和能级
分子光谱的特点：带光谱、谱带组，
光谱的特点反映了分子的三种运动
(1)电子运动
分子大小为
电子在大小为
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和
无关，只和散射物质有关，与散射物质的一些红外光的频率相同，
例如，汞光
射入Hcl， 散射光中偏红伴线
Hcl的红外振动谱线有2885.9
室温下
强，
弱，
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解释 使分子从基态
激发至虚能级再跃迁至激发态
使处于激发态
的分子跃迁至虚能级再跃迁到基态
处于
的分子数
的范围内运动，由不确定关系
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～
～
～
～
可算出
～几个
与原子中电子的束缚能相近,跃迁时发出 可见光、紫外光
(2)分子转动 双原子分子的转动惯量为(设A、B相同)
转动能
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较低的转动能级
～
～
光谱波长：
(3)分子振动
振动能
～
量级，远红外区
光谱波长是
量级，近红外区
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看一个氢原子和一个质子怎样形成
和
和 在二
相距∞时 无作用 接近时若为 之间 吸引
很小时
排斥
进入H的电子云内
再看氢分子
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两电子的空间波函数必须是对称的才能出现在两质子中间 吸引两质子形成束缚态—氢分子，这时自旋波函数应反对称，两电子的 自旋方向必相反。
若两电子自旋态相同，则自旋波函数
拉曼散射可激发用一般方法不能激发的纯振动谱或纯转动谱, 有利于研究分子结构或材料特性。
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大时能级不等距 选择定则为
1.纯振动跃迁（有极分子）
低能级跃迁，近似有
了解分子键和结构
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2.振—转光谱
和
同时改变产生的光谱，近红外
和 相应的
不同，因而
和 不同，
但相差不远，可认为相等
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选择定则：
谱线在
，
左右分为两支，间隔为4B，因
由间隔
和理论比较说明：
1)分子不是刚体，转得快时
要变大
能量比公式给出的小，应加修正项
2)只有有极分子才有纯转动光谱
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§9.4 双原子分子的振动光谱
势能曲线在平衡位置
附近可看作简谐振子势
按普郎克理论振动能量是量子化的
量子力学得出
时，
， 零点能
实际上，双原子分子势不是抛物线，振动能的表达式为