Электронные спектры двухатомных молекул.

Если чисто вращательные спектры наблюдаются только у молекул, обладающих постоянным электрическим дипольным моментом, а для наличия колебательных спектров необходимо, чтобы при колебании молекулы изменяется ее дипольный момент, то электронные спектры наблюдаются у всех молекул, т.к. изменение распределения электронов в молекуле всегда сопровождается изменением ее дипольного момента. Это означает, что гомоядерные молекулы, например H₂ или N₂, не имеющие ни вращательных, ни колебательно-вращательных спектров, обязательно проявятся в электронном спектре, из характерной колебательной и вращательной структуры которого можно найти и вращательные постоянные и частоты колебаний.

Пренебрежем тонкой вращательной структурой и рассмотрим грубую колебательную структуру электронных спектров, т.е. запишем энергию молекулы в виде

e_полн = e_эл + e_кол

или

e_полн = e+ w_е(v+ ) - w_ех_е (v+ )² v=0,1,2…

При переходе между электронными состояниями по существу не действуют никакие правила запрета по v, то есть каждый переход v²® v¢ имеет конечную вероятность, и поэтому в спектре следует ожидать появления большого числа спектральных линий. Ситуация заметно упрощается, если рассматривать спектр поглощения только из основного электронного состояния. В этом случае, практически все молекулы находятся и в самом нижнем колебательном состоянии, то есть v²=0, и поэтому заметную интенсивность будут иметь лишь переходы, указанные на рисунке.

Такой набор переходов называется полосой (при низком разрешении прибора каждая из линий этого набора будет казаться широкой и размытой (вращательная структура проявится лишь при высоком разрешении)). Как видно из рисунка, линии сближаются между собой с ростом частоты; это является прямым следствием ангармоничности высоких колебательных состояний, которая и обуславливает схождение возбужденных колебательных уровней. Аналитическое выражение для этого спектра

Отсюда видно, что если в полосе наблюдается хотя бы 5-6 линий, то по их положению в спектре можно найти и

У молекулы обычно имеется много возбужденных электронных состояний и поэтому полный спектр поглощения гораздо сложнее представленного на рисунке. Из основного состояния переходы могут происходить в несколько возбужденных, и каждый такой переход дает в спектре свою полосу, подобную изображенной на рисунке.

Спектриспускания обусловлен переходами молекулы, предварительно возбужденной в одно из возможных - состояний, во многие - состояния. Поэтому спектры испускания имеют обычно очень сложную структуру.