Лабораторная работа № 6 спектр поглощения молекул йода

Цель работы: 1. Изучить спектр свечения молекул йода в видимой области.

2. Определить экспериментально длины волн соответствующих спектральных линий.

Введение

На примере спектра поглощения йода можно рассмотреть характерные особенности, присущие молекулярным спектрам.

В то время как атомные спектры состоят из отдельных линий, молекулярные спектры при наблюдении в прибор средней разрешающей силы представляются состоящими из полос (рис.1).

рис. 1

При применении приборов высокой разрешающей силы обнаруживается, что полосы состоят из большого числа тесно расположенных линий (рис.2).

рис.2

В соответствии с их характером спектры молекул носят название полосатых спектров. В зависимости от того, изменение каких видов энергии (электронной, колебательной или вращательной) обусловливает испускание молекулой фотона или его поглощение, различают три вида полос: 1) вращательные, 2) колебательно-вращательные и 3) электронно-колебательные. Полосы на рис. 1 принадлежат к электронно-колебательному типу. Для полос этого типа характерно наличие резкого края, называемого к а н т о м полосы. Другой край такой полосы оказывается размытым. Кант обусловлен сгущением линий, образующих полосу. У вращательных и колебательно-вращательных полос канта нет.

В данной работе рассматриваются только двухатомные молекулы. Различают два вида связи между атомами в молекуле. Один из них осуществляется в том случае, когда электроны в молекуле можно разделить на две группы, каждая из которых все время находится около одного из ядер. Электроны распределяются так, что около одного из ядер образуется избыток электронов, а около другого – их недостаток. Таким образом, молекула как бы состоит из двух ионов противоположных знаков, притягивающихся друг к другу. Связь этого типа называется гетерополярной (или ионной). Примером молекул с гетерополярной связью могут служить NaCl, KBr, HCl и т.д.

Второй вид связи наблюдается в тех молекулах, в которых часть электронов движется около обоих ядер. Такая связь называется гомеополярной (или ковалентной, или атомной). Она образуется парами электронов с противоположно направленными спинами. Примерами молекул с такой связью являются H₂, N₂, I₂, CN и т.д.

Энергия двухатомных молекул, обусловленная электронной конфигурацией (электронная энергия), имеет минимум при некотором значении R и изображается кривой такого вида, как и для водородной молекулы (кривая 1 на рис.3).

рис.3

Изменение электронной конфигурации молекулы приводит к изменению кривой зависимости электронной энергии от расстояния между ядрами R. Асимптотическое значение энергии также становится иным – равным суммарной энергии изолированных атомов в новом квантовом состоянии (кривая 2 на рис.3).

В основном изменение энергетического запаса молекулы происходит, как и в атоме, в результате изменений в электронной конфигурации, образующей периферическую часть молекулы. Однако при заданной электронной конфигурации ядра молекулы могут различным образом колебаться и вращаться относительно общего центра масс. С этими видами движения связаны запасы колебательной и вращательной энергии, которые должны быть учтены в общем балансе.

Обозначим:

E_e – энергия, обусловленная электронной конфигурацией (электронная энергия);

E_v – энергия, соответствующая колебаниям молекулы (колебательная, или вибрационная, энергия);

E_r – энергия, связанная с вращением молекулы (вращательная, или ротационная, энергия).

Тогда, если учесть в первом приближении, что отдельные виды молекулярных движений – движение электронов, колебание и вращение молекулы – можно считать независимыми друг от друга, то полную энергию молекулы можно представить в следующем виде:

Е= E_e+ E_v+ E_r