ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Квантовые состояния молекул из "Лазерное дистанционное зондирование " Для больщинства молекул разность энергий между основным и первым возбужденным электронным состояниями пре-выщает 4 эБ, поэтому длина волны при резонансных переходах в этих молекулах оказывается слишком малой и не используется для лазерного дистанционного зондирования ввиду сильного поглощения в атмосфере (или гидросфере), а также по соображениям безопасности глаз. Имеется, однако, несколько исключений, представляющих для нас интерес SO2, Оз, Н2О и ОН. Вполне возможно, что лазерное дистанционное зондирование с космических платформ, таких, как Шаттл свободно от вышеупомянутых ограничений. [c.82] Таким образом, в случае двухатомной молекулы уравнение Шрёдингера сводится к двум простым уравнениям одному — для вращения, а другому — для колебаний. Рассмотрим теперь каждое из этих уравнений более подробно. [c.84] Постоянная 1/q в выражении (3.50) опущена, поскольку интерес в конечном итоге представляют лищь изменения потенциальной энергии. [c.85] В гомоядерной молекуле (Ог, Нг, N2 и т. п.) дипольный момент равен нулю при любом расстоянии между ядрами, и, следовательно, такие молекулы не могут ни испускать, ни поглощать ИК-излучение, хотя при столкновениях их колебательная энергия может возрастать или убывать. [c.86] Как видно из рис. 3.4, параболическая аппроксимация (3.50) кривой потенциальной энергии применима только для небольших отклонений от равновесного межъядерного расстояния (т. е. дЛя нижних колебательных состояний). При сильное отталкивание между ядрами приводит к более крутсму росту У[Я), чем это следует из зависимости (3.50), а при Н- оо потенциальная энергия стремится к конечному значению, соответствующему двум раздельным атомным состояниям. [c.86] В случае многоатомной молекулы существует множество различных мод колебаний. Очевидно, что это может приводить к сложным полосатым спектрам. Ядро каждого свободного атома имеет три степени свободы, и, поскольку, согласно статистической механике, средняя равновесная тепловая энергия, связанная с каждой степенью свободы, равна кТ/2, полная поступательная энергия такого атома будет равна ЗкТ/2. [c.88] И СОг имеют по три моды колебаний, обозначаемых vi, vg и V3. Одна из них соответствует изгибающему колебанию а две другие связаны с симметричными и асимметричными колебаниями вдоль оси, соединяющей ядра атомов Более подробное изложение этого вопроса можно найти в литературе, посвященной молекулярным спектрам, см., например, работы [70, 71]. [c.89] Эту моду колебаний часто называют деформационной. — Прим. ред. Эти моды получили также название валентных. — Прим. ред. [c.89] Можно видеть, что, согласно выражению (3.62), спектр простого жесткого ротатора состоит из серии равноотстоящих друг от друга линий. Это иллюстрирует схема уровней энергии, приведенная на рис. 3.7. [c.90] Оценка Ое с использованием данных табл. 3.1 показывает, что в большинстве интересующих нас случаев (т. е. при J с Уе 2Ве 500) вторым членом в правой части выражения (3.64) можно пренебречь. [c.91] Соответствующая схема уровней энергии приведена на рис. 3.8. Для наглядности индивидуальные вращательные уровни изображены более короткими линиями в отличие от чисто колебательных уровней, т. е. когда У = 0. [c.91] Здесь мы опять заменили I (вращательное квантовое число начального уровня) на I. [c.92] ИК-спектров (т. е. для переходов, не изменяющих электронное состояние молекулы). Это приводит к появлению относительно интенсивной линии с волновым числом, близким к 0, обусловленной серией вращательных переходов (с А/ = 0) между двумя колебательными состояниями в одном электронном состоянии с Л =7 0. [c.95] Для более подробного знакомства с терминологией и особенностями молекулярных спектров читателю можно рекомендовать работы [71, 72] или фундаментальный труд по строению молекул и спектроскопии Герцберга [70]. [c.96] Как мы увидим ниже, интенсивность спектральной лиии1 зависит от вероятности перехода, частоты излучения, а также плотности молекул (или атомов) в возбужденном состоянии Рассмотрим распределение молекул по колебательно-враща тельным состояниям в условиях теплового равновесия. [c.96] Можно также отметить, что при термодинамическом равновесии поле излучения должно было бы описываться распределением Планка (3.2). В нижних слоях плотность атмосферы достаточно велика для того, чтобы гарантировать (за счет столкновений) справедливость равновесных распределений (3.75) и (3.76) молекул по скоростям и внутренним состояниям. Однако в случае поля излучения это не так. [c.96] Вернуться к основной статье