双原子分子的结构和光谱教材课件.ppt

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1、原子分子光谱学第五章双原子分子的结构和光谱1第五章双原子分子的结构和光谱第一节分子光谱和分子能级第二节双原子分子的转动和振动光谱第三节双原子分子的电子态2第一节分子光谱和分子能级分子的键联双原子分子：由2个原子核和若干个电子组成。分子结构：离子键、共价键非极性共价键：同核双原子（如O2、H2、N2…）极性共价键：异核双原子分子（如HCl、HF、CO…）极性分子：具有极性共价键的分子非极性分子：具有非极性共价键的分子3第一节分子光谱和分子能级分子光谱远红外光谱(波长是厘米或毫米的数量级)近红外光谱(波长是微米的

2、数量级)可见和紫外光谱(复杂的光谱体系)4第一节分子光谱和分子能级分子内部的运动状态分子的电子运动状态（可见和紫外区）E电诸原子之间的振动（近红外区）E振分子的转动（远红外区）E转5第一节分子光谱和分子能级分子的能量E=E电+E振+E转振动能级的间隔随能级的上升而减小；转动能级的间隔随着能级的上升而增加，6第二节双原子分子的转动和振动光谱1、双原子分子的转动光谱模型：刚性转子（分子转动时核间距离不变）转动惯量7第二节双原子分子的转动和振动光谱1、双原子分子的转动光谱刚性转子的能量:刚性转子的波动方程为令求得8

3、第二节双原子分子的转动和振动光谱1、双原子分子的转动光谱刚性转子的能级转动常数9第二节双原子分子的转动和振动光谱1、双原子分子的转动光谱刚性转子的转动谱项相邻能级间隔10第二节双原子分子的转动和振动光谱1、双原子分子的转动光谱刚性转子发射和吸收光谱的选择定则刚性转子偶极辐射的光谱频率为11第二节双原子分子的转动和振动光谱2、双原子分子的振动光谱模型：简谐振子振子等效模型12第二节双原子分子的转动和振动光谱2、双原子分子的振动光谱分子的位能取最小的位能为零，即取U(re)=0,分子间的作用力近似假定为弹性力13

4、第二节双原子分子的转动和振动光谱2、双原子分子的振动光谱简谐振子的能量波动方程为总波函数14第二节双原子分子的转动和振动光谱2、双原子分子的振动光谱振动能量归一化波函数15第二节双原子分子的转动和振动光谱2、双原子分子的振动光谱振动谱项相邻能级间隔振动光谱的选择定则零点能：分子处在最低振动态。16第二节双原子分子的转动和振动光谱2、双原子分子的振动光谱H2分子简谐振子的位能曲线、能级和波函数17第二节双原子分子的转动和振动光谱3、振动和转动体系振动和转动体系的光谱选择定则振动带的R支振动带的P支18第二节双原

5、子分子的转动和振动光谱3、振动和转动体系振动和转动体系的光谱19第二节双原子分子的转动和振动光谱4、双原子分子的转动光谱模型：非刚性转子离心形变转子：指核的距离因核离心而伸长。离心力：核间的收缩力：平衡时：20第二节双原子分子的转动和振动光谱4、双原子分子的转动光谱离心形变转子能量能量的本征值离心形变转子的光谱项21第二节双原子分子的转动和振动光谱5、双原子分子的振动光谱非简谐振子玻恩-奥本海默位能绝热近似：假定某一核间距离对应有单值的位能，即假定在核间距离变化的每一瞬间，电子云已极快地到达稳定，这种近似称为

6、绝热近似。22第二节双原子分子的转动和振动光谱5、双原子分子的振动光谱非简谐振子莫尔斯位能光谱项23第二节双原子分子的转动和振动光谱5、双原子分子的振动光谱非简谐振子莫尔斯位能光谱项：离解能：把一个分子分开形成两个原子所需的能量。能级间隔：24第二节双原子分子的转动和振动光谱5、双原子分子的振动光谱非简谐振子登亥姆展开式位能振子能级位能：能级：非简谐振子的偶极跃迁选择定则25第二节双原子分子的转动和振动光谱6、双原子分子的转动振子莫尔斯位能转动振子登亥姆展开式位能转动振子26第二节双原子分子的转动和振动光谱7

7、、双原子分子的喇曼光谱瑞利（Rayleigh）散射喇曼散射27第三节双原子分子的电子态一、双原子分子的哈密顿算符设双原子分子是由核a、b和N个电子组成式中的各项分别代表电子动能Te，核动能Tn，核间排斥位能Unn，电子和核间的吸引位能Uen，电子间的排斥位能Uee。薛定谔方程28第三节双原子分子的电子态二、求解薛定谔方程1、波恩-奥本海默近似（绝热近似）（1）分子内电子运动的速度比原子核的速度大得多，认为在给定的时刻电子运动主要取决于核的位置，而不取决于核的速度。（2）电子跨越电子轨道所需的时间要比原子核运动

8、的特征时间（核的振动周期）短的多，认为原子核在空间是不动的。（3）带正电的原子核间是相互排斥的，如果在原子核之间的平均负电荷密度足够大，就可以补偿这种排斥作用，形成稳定分子。29第三节双原子分子的电子态二、求解薛定谔方程2、电子运动与核运动的分解核不动：在电子跨越其轨道的特征时间内认为核不动，得到描述电子运动的薛定谔方程和波函数。核运动：电子能量和核排斥位能作为核运动的位能，得到原子核运动的薛定谔方