8.2. Явление Штарка для атомов в общем случае.
В общем случае для атомов получается квадратичное явление Штарка – величина расщепления уровней, а следовательно, и спектральных линий, пропорциональна квадрату E.
Поляризуемость атома α, характеризующая способность электронов смещаться относительно ядра под действием поля и определяющая по формулам (8.2) и (8.3) индуцированный дипольный момент и дополнительную энергию в поле, зависит только от абсолютного значения |m| квантового числа m. Согласно квантовомеханическому расчету она выражается приближенной формулой:
(8.4)
Дополнительная энергия в электрическом поле равна:
(8.5)
Таким
образом, при заданном E
смещение подуровней с |m| не равном нулю
относительно подуровня m=0 пропорционально
.
Число подуровней равно числу возможных
значений |m|, даваемых формулами (*) и
(**). При отсутствии вырождения (J=0, m=0)
формула (8.5) определяет смещение
невырожденного уровня.
Так как поляризуемость атома тем больше, чем слабее электроны связаны с ядром, т.е. чем сильнее они возбуждены, то штарковское расщепление для более высоких уровней больше. Однако даже для высоких уровней абсолютная величина расщепления мала, составляя даже в сильных внешних полях лишь доли .
Картина штарковского расщепления спектральных линий определяется величиной расщепления уровней и правилами отбора. Так же, как и в явлении Зеемана, имеют место правила отбора
.
И
при
получаются π – составляющие, соответствующие
дипольному моменту, параллельному полю,
а при
-
–составляющие,
соответствующие дипольному моменту,
перпендикулярному полю.
Так как уровни расщепляются несимметричным образом (см. (8.5)), картина штарковского расщепления также получается несимметричной; это характерно для квадратичного явления Штарка.
Часть 4. Молекулярный спектральный анализ Тема 9: ик-спектрометрия и уф-спектрофотометрия
Молекулярный спектральный анализ в ИК и УФ областях спектра позволяет быстро при малых количествах образца определить его природу, проводить сравнительные исследования, однозначно определять индивидуальность вещества, количественное содержание смеси.
9.1. Строение молекулы
Основной вид связи атомов в молекуле – ковалентная связь. Она образуется за счёт электронов, принадлежащих одновременно обоим атомам. Для любой такой связи существует определённое равновесное состояние r0 между атомами.
Минимум энергии взаимодействия Ехим – энергия образования химической связи и энергия диссоциации молекулы. Молекулы ковалентных соединений имеют строго постоянную структуру. Положение любого атома в них закреплено по отношению к другим атомам.
Ковалентная связь может так же образовываться несколькими парами электронов. Пары электронов, образующие такие связи, не одинаковы: первая пара занимает все свободные места в самой глубокой электронной оболочке, в которой могут находиться только два электрона с разными спинами. Эти электроны называются σ-электроны. Простою ковалентную связь называют σ-связями. Следующие пары образуют оболочку с большей энергией, аналогично π-электронам в атомах. Такие электроны называют π-электроны. В молекулах с одинаковыми атомами оба атома удерживают электроны с одинаковой силой. Электронная оболочка расположена симметрично относительно обоих атомов. Но если ковалентная связь образована двумя разными атомами, то электронная пара смещена в сторону атома, который сильнее притягивает электроны.
В таких молекулах 1 атом оказывается заряженным более отрицательно. Такая молекула является диполем. Мерой разделения заряда служит так называемый дипольный момент, определяемый произведением расстояния между центрами распределения положительного и отрицательного зарядов на величину заряда.
Величина дипольного момента имеет большое значение, так как она определяет взаимодействие с фотоном и поглощение света.
