ГЛАВА 2 СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ И ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ 2.1 ...

2. Молекулярная спектроскопия. При обсуждении атомных спектров было показано,что спектральные линии возникают в результате переходов электронов в атоме с однихэнергетических уровней на другие. Дискретность энергетических уровней в атомахобусловлена квантово-механическим характером движения электронов. В молекулах такжеимеются определенные энергетические уровни электронов. Однако кроме движенияэлектронов в молекулах возможно еще перемещение атомных ядер друг относительно друга− колебание ядер и вращение их вокруг центра масс. Энергия этих видов движения вмолекуле тоже квантуется, однако ввиду значительно большей массы ядер энергетическиеуровни в молекулах расположены очень близко друг к другу.Обычно для установления структуры молекул изучают их спектры поглощения. Дляэтого через исследуемое вещество пропускают свет и с помощью спектрографа (см. разд. 1.2)определяют, излучение каких длин волн поглощается. Поглощая квант излучения, молекулапереходит из одного энергетического состояния в другое, при этом поглощаются только текванты, энергия которых равна энергии этих переходов. Таким образом, спектр поглощения,как и атомный спектр испускания (эмиссионный спектр), позволяет судить обэнергетических уровнях в молекуле.В соответствии с видами движения в молекулах различают три вида молекулярныхспектров − электронные (электронных переходов), колебательные и вращательные спектры.Наименьшее значение имеет энергия вращательных переходов в молекулах, ей способствуетизлучение, лежащее в дальней ИК−области. Вращательные спектры можно наблюдать «вчистом виде» без наложения на них других видов движения − колебательных и электронныхпереходов.Энергия колебательных переходов приблизительно в 10 раз больше энергиивращательных переходов, соответствующее им излучение лежит в ближней ИК−области.Изменения в колебательном движении молекулы всегда сопровождаются изменениями вовращательном движении, поэтому колебательный спектр в отличие от вращательного неможет наблюдаться "в чистом виде"; эти спектры всегда накладываются друг на друга,образуя колебательно-вращательный спектр.Переходам электронов в молекулах, как и в атомах, соответствуют энергии в несколькоэлектроновольт, отвечающее электронным переходам излучение является видимым иультрафиолетовым. Переходы электронов сопровождаются изменениями в колебательном ивращательном движении, что сказывается на спектре, который отражает совокупность всехвидов энергетических изменений в молекулах.Изучение молекулярных спектров дает много важных сведений o свойствах молекул, в томчисле и об их структуре. Так, исследование вращательного спектра позволяет определитьмомент инерции молекулы I = Σm i r 2i (где m i − масса атома; r i - расстояние от центравращения). Если массы атомов известны, то, зная величину I, можно определить длинысвязей, а для трехатомных молекул и углы между связями. Из колебательных спектровможно определить значения силовых постоянных k, характеризующих силу f, котораявозникает при смещении атомов из равновесного положения на расстояние ∆r(f = − k∆r).Силовая постоянная является важной характеристикой химической связи, она возрастает сувеличением интенсивности взаимодействия атомов в молекуле.