Spektrální charakteristiky molekul. Obecná charakteristika molekulových spekter
MOLEKULÁRNÍ SPEKTRA- absorpční, emisní nebo rozptylová spektra vznikající z kvantové přechody molekul z jedné energie. státy jinému. Slečna. odhodlaný molekulární složení, její struktura, povaha chemické látky. komunikace a interakce s vnějším pole (a následně s okolními atomy a molekulami). Naíb. charakteristické jsou M. s. zředěné molekulární plyny, když tam není rozšíření spektrální čáry tlak: takové spektrum se skládá z úzkých čar s Dopplerovou šířkou.
Rýže. 1. Schéma energetických hladin dvouatomové molekuly: A a b-elektronické úrovně; u" a u"" - oscilační kvantová čísla; J" a J"" - rotační kvantum čísla.
V souladu se třemi systémy energetických hladin v molekule - elektronickým, vibračním a rotačním (obr. 1), M. s. sestávají ze sady elektronických, vibračních. a otočit. spektra a leží v širokém rozsahu e-magn. vlny - od rádiových frekvencí až po rentgenové záření. oblasti spektra. Četnost přechodů mezi rotací. energetické hladiny obvykle spadají do mikrovlnné oblasti (ve škále vlnových čísel 0,03-30 cm -1), frekvence přechodů mezi kmity. úrovně - v IR oblasti (400-10 000 cm -1), a frekvence přechodů mezi elektronickými úrovněmi - ve viditelné a UV oblasti spektra. Toto rozdělení je podmíněné, protože často rotují. přechody také spadají do IR oblasti, kmitají. přechody - ve viditelné oblasti a elektronové přechody - v IR oblasti. Obvykle jsou elektronické přechody doprovázeny změnou vibrací. energie molekuly a při vibraci. přechody se mění a otáčí. energie. Elektronické spektrum je proto nejčastěji systémem oscilací elektronů. pásmech a při vysokém rozlišení spektrálního zařízení je detekována jejich rotace. struktura. Intenzita čar a pruhů v M. s. je určena pravděpodobností odpovídajícího kvantového přechodu. Naíb. intenzivní čáry odpovídají povolenému přechodu pravidla výběru.K M. s. zahrnují také Augerova spektra a rentgenové záření. spektra molekul (v článku neuvažováno; viz Augerův jev, Augerova spektroskopie, rentgenová spektra, rentgenová spektroskopie).
Elektronická spektra. Čistě elektronická M. s. vznikají při změně elektronové energie molekul, pokud se nemění vibrace. a otočit. energie. Elektronické M. s. jsou pozorovány jak při absorpci (absorpční spektra), tak při emisi (luminiscenční spektra). Při elektronických přechodech se elektrický proud obvykle mění. dipólový moment molekuly. Elektrický dipólový přechod mezi elektronovými stavy molekuly typu G symetrie "
a G ""
(cm. Symetrie molekul) je povoleno, pokud přímý produkt Г "
G ""
obsahuje typ symetrie alespoň jedné ze složek vektoru dipólového momentu d
. V absorpčních spektrech jsou obvykle pozorovány přechody ze základního (zcela symetrického) elektronového stavu do excitovaného elektronového stavu. Je zřejmé, že aby k takovému přechodu došlo, musí se typy symetrie excitovaného stavu a dipólového momentu shodovat. T. to. elektrický Protože dipólový moment nezávisí na spinu, musí být spin při elektronickém přechodu zachován, tj. jsou povoleny pouze přechody mezi stavy se stejnou multiplicitou (zákaz vzájemné kombinace). Toto pravidlo je však porušeno
u molekul se silnou spin-orbitální interakcí, což vede k interkombinační kvantové přechody. V důsledku takových přechodů vznikají např. fosforescenční spektra, která odpovídají přechodům z excitovaného tripletového stavu do hlavního stavu. singletový stav.
Molekuly v různých elektronické stavy mají často různé geom. symetrie. V takových případech je stav D "
G ""
G d musí být provedeno pro skupinu bodů konfigurace s nízkou symetrií. Při použití skupiny permutace-inverze (PI) však tento problém nenastává, protože skupinu PI pro všechny stavy lze zvolit stejně.
Pro lineární molekuly symetrie S hu symetrie dipólového momentu typu Г d=S + (dz)-P( d x, d y), proto jsou u nich povoleny pouze přechody S + - S +, S - - S -, P - P atd. s přechodovým dipólovým momentem směřujícím podél osy molekuly a přechody S + - P, P - D atd. s okamžikem přechodu směřujícím kolmo k ose molekuly (označení stavů viz čl. Molekula).
Pravděpodobnost V elektrický dipólový přechod z elektronické úrovně t na elektronickou úroveň P, sečteno přes všechny oscilačně-rotační. elektronické úrovně hladiny t, je určen f-loy:
maticový prvek dipólového momentu pro přechod n-m,y en a y em- vlnové funkce elektronů. Integrální koeficient. absorpce, kterou lze experimentálně měřit, je určena expresí
kde Nm- počet molekul na začátku. schopný m, v nm- frekvence přechodu tP. Elektronické přechody se často vyznačují silou oscilátoru
kde E a t e jsou náboj a hmotnost elektronu. Pro intenzivní přechody f nm~ 1. Od (1) a (4) srov. životnost vzrušeného stavu:
Tyto f-ly platí i pro vibrace. a otočit. přechody (v tomto případě by měly být předefinovány maticové prvky dipólového momentu). Pro povolené elektronické přechody je koeficient obvykle absorpce pro několik řádů více než pro oscilační. a otočit. přechody. Někdy koeficient absorpce dosahuje hodnoty ~10 3 -10 4 cm -1 atm -1, tj. elektronové pásy jsou pozorovány při velmi nízkých tlacích (~10 -3 - 10 -4 mm Hg) a malých tloušťkách (~10-100 cm) vrstva hmoty.
Vibrační spektra pozorováno při změně vibrací. energie (elektronické a rotační energie by se neměly měnit). Normální vibrace molekul jsou obvykle reprezentovány jako soubor neinteragujících harmonických. oscilátory. Pokud se omezíme na lineární členy expanze dipólového momentu d
(v případě absorpčních spekter) nebo polarizovatelnosti a (v případě kombinovaného rozptylu) podél normálních souřadnic Qk, pak povolené vibrace. za přechody se považují pouze přechody se změnou jednoho z kvantových čísel u k za jednotku. Takové přechody odpovídají hlavnímu. oscilační pruhy, kmitají. spektra max. intenzivní.
Hlavní oscilační pásy lineární polyatomové molekuly odpovídající přechodům z hl. oscilační stavy mohou být dvojího typu: paralelní (||) pásy odpovídající přechodům s přechodovým dipólovým momentem směřujícím podél molekulární osy a kolmé (1) pásy odpovídající přechodům s přechodovým dipólovým momentem kolmým k molekulární ose. Paralelní pás se skládá pouze z R- a R-větve a v kolmém pruhu
také vyřešeno Q-větev (obr. 2). Hlavní spektrum absorpční pásy symetrické horní molekuly také sestávají z || a |
pruhy, ale otočit. struktura těchto pásem (viz níže) je složitější; Q-pobočka v || jízdní pruh také není povolen. Povolené výkyvy. pruhy představují protik. Intenzita pásma protik závisí na druhé mocnině derivace ( dd/dQ na
) 2 nebo ( d A/ dQk) 2. Pokud pásmo odpovídá přechodu z excitovaného stavu do vyššího, pak se nazývá. horký.
Rýže. 2. IR absorpční pás proti 4 molekuly SF 6, získané na Fourierově spektrometru s rozlišením 0,04 cm-I; výklenek s jemnou strukturou linky R(39) měřeno na diodovém laseru spektrometr s rozlišením 10 -4 cm -1.
Při zohlednění anharmoničnosti kmitů a nelineárních členů v expanzích d a by Qk se stanou pravděpodobnými a přechody zakázané pravidlem výběru pro u k. Přechody se změnou jednoho z čísel u k na 2, 3, 4 atd. volali. podtext (Du k=2 - první podtón, Du k\u003d 3 - druhý podtón atd.). Pokud se během přechodu změní dvě nebo více čísel u k, pak se takový přechod nazývá kombinační nebo celkové (pokud všechny u na zvýšení) a rozdíl (pokud některé z u k pokles). Pásma podtextu jsou označena 2 protik, 3protik, ..., celkem kapel protik + v l, 2protik
+ v l atd. a rozdílová pásma protik
- v l, 2protik - e l atd. Intenzity pásma 2u k,
protik + v l a protik
- v l závisí na první a druhé derivaci d na Qk(nebo vedle Qk) a krychlový. koeficienty anharmonie potentní. energie; intenzity vyšších přechodů závisí na koeficientu. vyšší stupně rozkladu d(nebo a) a silný. energie podle Qk.
U molekul, které nemají prvky symetrie, jsou povoleny všechny vibrace. přechody jak v absorpci excitační energie, tak v kombinaci. rozptyl světla. U molekul s inverzním centrem (např. CO 2 , C 2 H 4 atd.) jsou přechody povolené v absorpci pro kombinace zakázány. rozptyl, a naopak (alternativní zákaz). Přechod mezi oscilací energetické hladiny typů symetrie Г 1 a Г 2 jsou při absorpci povoleny, pokud přímý součin Г 1 Г 2 obsahuje typ symetrie dipólového momentu, a je povolena kombinace. rozptyl, pokud je produkt Г 1
Г 2 obsahuje typ symetrie tenzoru polarizace. Toto pravidlo výběru je přibližné, protože nebere v úvahu interakci vibrací. pohyby s elektronickými a rotačními. pohyby. Zohlednění těchto interakcí vede ke vzniku pásem, které jsou zakázány podle čistých oscilací. pravidla výběru.
Studium fluktuací. Slečna. umožňuje nastavit harmonickou. kmitací frekvence, konstanty anharmonicity. Podle výkyvů spektra se provádí konformace. analýza
1. Na rozdíl od optických čarových spekter s jejich složitostí a rozmanitostí jsou rentgenová charakteristická spektra různých prvků jednoduchá a jednotná. S rostoucím atomovým číslem Z prvku, jsou monotónně posunuty na krátkovlnnou stranu.
2. Charakteristická spektra různých prvků jsou podobného charakteru (stejného typu) a nemění se, pokud je prvek, který nás zajímá, v kombinaci s jinými. To lze vysvětlit pouze tím, že charakteristická spektra vznikají při přechodech elektronů do vnitřní části atom, části mající podobnou strukturu.
3. Charakteristická spektra se skládají z několika řad: NA,L, M, ... Každá série - z malého počtu řádků: Na A , TO β , TO γ , ... L A , L β , L y , ... atd. v sestupném pořadí podle vlnové délky λ .
Analýza charakteristických spekter vedla k pochopení, že atomy mají systém rentgenových termínů NA,L, M, ...(obr.13.6). Stejný obrázek ukazuje schéma vzhledu charakteristických spekter. K excitaci atomu dochází, když je odstraněn jeden z vnitřních elektronů (působením elektronů nebo fotonů s dostatečně vysokou energií). Pokud jeden ze dvou elektronů unikne K-úroveň (n= 1), pak může uvolněné místo obsadit elektron z nějaké vyšší úrovně: L, M, N, atd. V důsledku toho existuje K-série. Další řady vznikají stejným způsobem: L, M,...
Série NA, jak je vidět z obr. 13.6, je jistě doprovázen výskytem dalších sérií, protože při emitování jejích čar se uvolňují elektrony na úrovních L, M a další, které budou zase naplněny elektrony z vyšších úrovní.
Molekulární spektra. Typy vazeb v molekulách, energie molekuly, energie vibračního a rotačního pohybu.
Molekulární spektra.
Molekulární spektra - optická spektra emise a absorpce, stejně jako Ramanův rozptyl světla (viz. kombinační rozptyl světla ), patřící k volnému nebo volně souvisejícímu Molekula m. m. s. mají složitou strukturu. Typický M. s. - pruhované, jsou pozorovány v emisi a absorpci a v Ramanově rozptylu ve formě souboru více či méně úzkých pásů v ultrafialové, viditelné a blízké infračervené oblasti, které se rozpadají s dostatečnou rozlišovací schopností použitých spektrálních přístrojů do souboru těsně rozmístěných čar. Specifická struktura M. s. se liší pro různé molekuly a obecně řečeno, stává se komplikovanějším se zvýšením počtu atomů v molekule. U vysoce komplexních molekul se viditelná a ultrafialová spektra skládají z několika širokých souvislých pásů; spektra takových molekul jsou si navzájem podobná.
Z řešení Schrödingerovy rovnice pro molekuly vodíku za výše uvedených předpokladů získáme závislost vlastních hodnot energie na vzdálenosti R mezi jádry, tzn. E =E(R).
Molekulová energie
kde E el - energie pohybu elektronů vzhledem k jádrům; E počet - energie vibrací jader (v důsledku čehož se vzájemná poloha jader periodicky mění); E rotace - energie rotace jader (v důsledku čehož se periodicky mění orientace molekuly v prostoru).
Vzorec (13.45) nebere v úvahu energii translačního pohybu těžiště molekul a energii jader atomů v molekule. První z nich není kvantován, takže jeho změny nemohou vést ke vzniku molekulárního spektra, a druhý může být ignorován, pokud se nebere v úvahu hyperjemná struktura spektrálních čar.
To dokázal E email >> E počítat >> E otáčet, zatímco E el ≈ 1 – 10 eV. Každá z energií obsažených ve výrazu (13.45) je kvantována a odpovídá jim sada diskrétních energetických hladin. Při přechodu z jednoho energetického stavu do druhého je energie Δ absorbována nebo emitována E = hν. Z teorie a experimentu vyplývá, že vzdálenost mezi rotačními energetickými hladinami Δ E rotace je mnohem menší než vzdálenost mezi vibračními úrovněmi Δ E počet, který je zase menší než vzdálenost mezi elektronickými hladinami Δ E e-mailem
Struktura molekul a vlastnosti jejich energetických hladin se projevují v molekulární spektra - emisní (absorpční) spektra vznikající z kvantové přechody mezi energetickými hladinami molekul. Emisní spektrum molekuly je určeno strukturou jejích energetických hladin a odpovídajícími pravidly výběru (např. změna kvantových čísel odpovídajících vibračnímu i rotačnímu pohybu by měla být rovna ± 1). Různé typy přechodů mezi úrovněmi dávají vzniknout různým typům molekulárních spekter. Frekvence spektrálních čar emitovaných molekulami mohou odpovídat přechodům z jedné elektronické úrovně na druhou ( elektronická spektra ) nebo z jedné vibrační (rotační) úrovně do jiné [ vibrační (rotační) spektra ].
Kromě toho jsou možné také přechody se stejnými hodnotami. E počet a E otáčení na úrovně, které mají různé hodnoty všech tří složek, což má za následek elektronické oscilační a vibračně-rotační spektra . Proto je spektrum molekul poměrně složité.
Typické molekulární spektra - pruhovaná , jsou souborem více či méně úzkých pásů v ultrafialové, viditelné a infračervené oblasti. Při použití spektrálních přístrojů s vysokým rozlišením lze vidět, že proužky jsou tak těsně rozmístěné čáry, že je obtížné je rozlišit.
Struktura molekulární spektra se liší pro různé molekuly a stává se komplikovanějším se zvýšením počtu atomů v molekule (pozorují se pouze souvislé široké pásy). Pouze polyatomové molekuly mají vibrační a rotační spektra, zatímco dvouatomové je nemají. To se vysvětluje tím, že dvouatomové molekuly nemají dipólové momenty (při vibračních a rotačních přechodech nedochází ke změně dipólového momentu, který je nutná podmínka rozdíl od nulové pravděpodobnosti přechodu).
Molekulární spektra se používají ke studiu struktury a vlastností molekul, používají se v molekulární spektrální analýze, laserové spektroskopii, kvantové elektronice atd.
TYPY VAZEB V MOLEKULÁCH chemická vazba- fenomén interakce atomy kvůli překrývání elektronické mraky vazebných částic, což je doprovázeno poklesem plná energie systémy. Iontová vazba- odolný chemická vazba, vzniklé mezi atomy s velkým rozdílem elektronegativita, při které je celkem elektronový pár zcela přechází na atom s větší elektronegativitou.To je přitahování iontů jako opačně nabitých těles. Elektronegativita (χ)- základní chemická vlastnost atomu, kvantitativní charakteristika schopnosti atom v molekula posun k sobě sdílené elektronové páry. kovalentní vazba(atomová vazba, homeopolární vazba) - chemická vazba, tvořený překrytím (socializací) páru mocenství elektronické mraky. Elektronické mraky (elektrony), které zajišťují komunikaci, se nazývají společný elektronový pár.vodíková vazba- spojení mezi elektronegativní atom a atom vodíku H příbuzný kovalentně s jiným elektronegativní atom. kovové spojení - chemická vazba, vzhledem k přítomnosti relativně zdarma elektrony. charakteristické pro oba čisté kovy, a jejich slitiny a intermetalické sloučeniny.
Ramanův rozptyl světla.
jde o rozptyl světla látkou, doprovázený znatelnou změnou frekvence rozptýleného světla. Pokud zdroj vyzařuje čárové spektrum, pak s K. r. S. ve spektru rozptýleného světla se nacházejí další čáry, jejichž počet a uspořádání úzce souvisí s molekulární strukturou látky. U K. r. S. transformace primárního světelného toku je obvykle doprovázena přechodem rozptylujících molekul na jiné vibrační a rotační úrovně , navíc frekvence nových čar v rozptylovém spektru jsou kombinacemi frekvence dopadajícího světla a frekvencí vibračních a rotačních přechodů rozptylujících molekul – odtud název. "NA. R. S.".
K pozorování spekter K. r. S. je nutné soustředit intenzivní paprsek světla na zkoumaný objekt. Jako zdroj vzrušujícího světla se nejčastěji používá rtuťová výbojka a to již od 60. let. - laserový paprsek. Rozptýlené světlo je zaostřeno a vstupuje do spektrografu, kde je spektrum K. r. S. zaznamenané fotografickými nebo fotoelektrickými metodami.
MOLEKULÁRNÍ SPEKTRA, spektra emise a absorpce elektromagnetu. záření a kombin. rozptyl světla patřícího volným nebo slabě vázaným molekulám. Mají podobu sady pásem (čar) v oblasti rentgenového záření, UV záření, viditelného záření, infračerveného záření a rádiových vln (včetně mikrovlnných) oblastí spektra. Poloha pásů (čar) ve spektrech emise (emisní molekulární spektra) a absorpce (absorpční molekulární spektra) je charakterizována frekvencemi v (vlnové délky l \u003d c / v, kde c je rychlost světla) a vlnovými čísly \u003d 1 / l; je určeno rozdílem mezi energiemi E" a E: těmi stavy molekuly, mezi kterými dochází ke kvantovému přechodu:
(h je Planckova konstanta). Při kombinaci rozptylu je hodnota hv rovna rozdílu energií dopadajících a rozptýlených fotonů. Intenzita pásů (čar) souvisí s počtem (koncentrací) molekul daného typu, populací energetických hladin E" a E: a pravděpodobností odpovídajícího přechodu.
Pravděpodobnost přechodů s emisí nebo absorpcí záření je určena především druhou mocninou maticového prvku elektr. dipólový moment přechodu a při přesnějším zohlednění - a druhé mocniny maticových prvků magn. a elektrické kvadrupólové momenty molekuly (viz Kvantové přechody). Při kombinaci Při rozptylu světla je pravděpodobnost přechodu vztažena k maticovému prvku indukovaného (indukovaného) dipólového momentu přechodu molekuly, tzn. s maticovým prvkem polarizovatelnosti molekuly .
stavy mola. systémy, mezi nimiž se přechody projevují ve formě určitých molekulových spekter, mají jiná povaha a velmi se liší v energii. Energetické hladiny určitých typů jsou umístěny daleko od sebe, takže při přechodech molekula absorbuje nebo vyzařuje vysokofrekvenční záření. Vzdálenost mezi úrovněmi jiné přírody je malá a v některých případech bez vnějších. úrovně polí splývají (degenerují). Při malých energetických rozdílech jsou pozorovány přechody v nízkofrekvenční oblasti. Například jádra atomů určitých prvků mají své vlastní. magn. točivý moment a el kvadrupólový moment související s rotací. Elektrony mají také magnet. okamžik spojený s jejich roztočením. Při absenci vnějších magnetická orientační pole momenty jsou libovolné, tzn. nejsou kvantované a odpovídající energetické. stavy jsou degenerované. Při externí aplikaci stálý magnet. pole, degenerace se zvedne a jsou možné přechody mezi energetickými hladinami, které jsou pozorovány v radiofrekvenční oblasti spektra. Tak vznikají NMR a EPR spektra (viz Nukleární magnetická rezonance, Elektronová paramagnetická rezonance).
Kinetická distribuce energie elektronů emitovaných molem. systémů v důsledku ozáření rentgenovým nebo tvrdým UV zářením, dává rtgspektroskopie a fotoelektronová spektroskopie. Další procesy v obchoďáku. systému, způsobené počáteční excitací, vedou ke vzniku dalších spekter. Augerova spektra tedy vznikají jako výsledek relaxace. záchyt elektronů z ext. skořápky do.-l. atom na neobsazený ext. skořápka a uvolněná energie se proměnila v. v kinetice energie jiný elektron ext. obal emitovaný atomem. V tomto případě se kvantový přechod provede z určitého stavu neutrální molekuly do stavu, jak říkají. iont (viz Augerova spektroskopie).
Tradičně se jako vlastní molekulová spektra označují pouze spektra spojená s optickými vlastnostmi. přechody mezi elektronicko-vibrační-rotační, energetické hladiny molekuly spojené se třemi hlavními. typy energie. úrovně molekuly - elektronické E el, vibrační E počet a rotační E vr, odpovídající třem typům ext. pohyb v molekule. Pro E el vezměte energii rovnovážné konfigurace molekuly v daném elektronovém stavu. Množina možných elektronových stavů molekuly je určena vlastnostmi jejího elektronového obalu a symetrií. Houpačka. pohyb jader v molekule vzhledem k jejich rovnovážné poloze v každém elektronovém stavu je kvantován tak, že při několika vibracích. stupně volnosti vzniká složitý systém vibrací. energetické hladiny E kol. Rotace molekuly jako celku jako tuhého systému vázaných jader je charakterizována rotací. moment počtu pohybu, který je kvantován, tvořící rotaci. stavy (hladiny rotační energie) E tepl. Energie elektronických přechodů je obvykle řádově několik. eV, vibrační -10 -2 ... 10 -1 eV, rotační -10 -5 ... 10 -3 eV.
V závislosti na tom, mezi kterými energetickými hladinami dochází k přechodům s emisí, absorpcí nebo kombinací. elektromagnetický rozptyl. záření - elektronické, oscilační. nebo rotační, rozlišujte elektronické, oscilační. a rotační molekulová spektra. Články Elektronická spektra , Vibrační spektra , Rotační spektra poskytují informace o odpovídajících stavech molekul, výběrových pravidlech pro kvantové přechody, metodách pier. spektroskopie, a také jaké vlastnosti mohou mít molekuly. získané z molekulových spekter: Svaté ostrovy a symetrie elektronových stavů, vibrují. konstanty, disociační energie, molekulová symetrie, rotace. konstanty, momenty setrvačnosti, geom. parametry, el dipólové momenty, údaje o struktuře a ext. silová pole atd. Elektronická absorpční a luminiscenční spektra ve viditelné a UV oblasti poskytují informace o rozložení
Molekulární spektra optická spektra emise a absorpce, stejně jako Ramanův rozptyl světla (viz Ramanův rozptyl světla) ,
patřící k volné nebo slabě propojené Molecule m. M. s. mají složitou strukturu. Typický M. s. - pruhované, jsou pozorovány v emisi a absorpci a v Ramanově rozptylu ve formě souboru více či méně úzkých pásů v ultrafialové, viditelné a blízké infračervené oblasti, které se rozpadají s dostatečnou rozlišovací schopností použitých spektrálních přístrojů do souboru těsně rozmístěných čar. Specifická struktura M. s. se liší pro různé molekuly a obecně řečeno, stává se komplikovanějším se zvýšením počtu atomů v molekule. U vysoce komplexních molekul se viditelná a ultrafialová spektra skládají z několika širokých souvislých pásů; spektra takových molekul jsou si navzájem podobná. hν = E‘ - E‘’, (1) kde hν je energie emitovaného absorbovaného fotonu a frekvence ν ( h- Lišta je konstantní). Pro Ramanův rozptyl hν se rovná rozdílu energií dopadajících a rozptýlených fotonů. Slečna. mnohem komplikovanější než čárová atomová spektra, která je dána větší složitostí vnitřní pohyby v molekule než v atomech. Spolu s pohybem elektronů vůči dvěma nebo více jádrům v molekulách dochází k oscilačnímu pohybu jader (spolu s vnitřními elektrony, které je obklopují) kolem rovnovážných poloh a k rotačnímu pohybu molekuly jako celku. Tyto tři typy pohybů – elektronický, vibrační a rotační – odpovídají třem typům energetických hladin a třem typům spekter. Podle kvantové mechaniky může energie všech druhů pohybu v molekule nabývat pouze určitých hodnot, to znamená, že je kvantovaná. Celková energie molekuly E lze přibližně znázornit jako součet kvantovaných hodnot energií tří typů jeho pohybu: E = E email + E počítat + E otáčení (2) Řádově kde m je hmotnost elektronu a množství M má řád hmotnosti jader atomů v molekule, tzn. m/M Molekulová spektra 10-3-10-5, tedy: E email >> E počítat >> E otáčení (čtyři) Obvykle E el řádu několika ev(pár stovek kJ/mol),
E col Molekulární spektra 10-2-10-1 ev, E rotace Molekulová spektra 10 -5 -10 -3 ev.
V souladu s (4) je systém energetických hladin molekuly charakterizován souborem elektronických hladin vzdálených od sebe (různé hodnoty E email na E počítat = E rotace = 0), úrovně vibrací umístěné mnohem blíže k sobě (různé hodnoty E počítat v daném E já a E rotace = 0) a ještě těsněji umístěné rotační úrovně (různé hodnoty E rotace při daném E email a E počet). Na rýže. jeden
je uvedeno schéma hladin dvouatomové molekuly; u víceatomových molekul se systém úrovní stává ještě komplikovanějším. Úrovně elektronické energie ( E el v (2) a na schématu rýže. jeden
odpovídají rovnovážným konfiguracím molekuly (v případě dvouatomové molekuly charakterizované rovnovážnou hodnotou r 0 mezijaderná vzdálenost r, cm. rýže. jeden
v Čl. Molekula). Každý elektronický stav odpovídá určité rovnovážné konfiguraci a určité hodnotě E el; nejmenší hodnotu odpovídá základní energetické hladině. Množina elektronových stavů molekuly je určena vlastnostmi jejího elektronového obalu. V podstatě hodnoty E el lze vypočítat metodami kvantové chemie (viz kvantová chemie) ,
tento problém lze však vyřešit pouze pomocí přibližných metod a pro relativně jednoduché molekuly. Nejdůležitější informace o elektronových hladinách molekuly (uspořádání hladin elektronové energie a jejich charakteristika), které jsou dány její chemickou strukturou, se získávají studiem její molekulární struktury. Velmi důležitou charakteristikou dané úrovně elektronické energie je hodnota kvantového čísla (viz Kvantová čísla) S, charakterizující absolutní hodnotu celkového spinového momentu všech elektronů molekuly. Chemicky stabilní molekuly jsou obvykle sudé číslo elektrony a pro ně S= 0, 1, 2... (pro hlavní elektronickou hladinu, hodnota S= 0 a pro nadšené - S= 0 a S= 1). Úrovně od S= 0 se nazývají singlety, s S= 1 - triplet (protože interakce v molekule vede k jejich štěpení na χ = 2 S+ 1 = 3 dílčí úrovně; viz Multiplicita) .
Volné radikály mají obvykle lichý počet elektronů. S= 1/2, 3/2, ... a hodnotu S= 1 / 2 (úrovně dvojitého rozdělení na χ = 2 podúrovně). U molekul, jejichž rovnovážná konfigurace má symetrii, lze elektronické úrovně dále klasifikovat. V případě dvouatomových a lineárních tříatomových molekul s osou symetrie (nekonečného řádu) procházející jádry všech atomů (viz obr. rýže. 2
, b) ,
elektronické hladiny jsou charakterizovány hodnotami kvantového čísla λ, které určuje absolutní hodnotu průmětu celkového orbitálního momentu hybnosti všech elektronů na osu molekuly. Úrovně s λ = 0, 1, 2, ... jsou označeny Σ, П, Δ... a hodnota χ je označena indexem vlevo nahoře (například 3 Σ, 2 π, ...). Pro molekuly se středem symetrie, jako je CO2 a C6H6 (viz. rýže. 2
, b, c), jsou všechny elektronické úrovně rozděleny na sudé a liché, označené indexy G a u(v závislosti na tom, zda vlnová funkce znak při převrácení ve středu symetrie nebo jej změní). Hladiny vibrační energie (hodnoty E kol) lze zjistit kvantováním kmitavého pohybu, který je přibližně považován za harmonický. V nejjednodušším případě dvouatomové molekuly (jeden vibrační stupeň volnosti odpovídající změně mezijaderné vzdálenosti r) je považován za harmonický oscilátor ;
jeho kvantování dává ekvidistantní energetické hladiny: E počítat = hν e (υ +1/2), (5) kde ν e je základní frekvence harmonických vibrací molekuly, υ je vibrační kvantové číslo, které nabývá hodnot 0, 1, 2, ... On rýže. jeden
jsou zobrazeny úrovně vibrací pro dva elektronické stavy. Pro každý elektronový stav polyatomové molekuly sestávající z N atomy ( N≥ 3) a mající F vibrační stupně volnosti ( F = 3N- 5 a F = 3N- 6 pro lineární a nelineární molekuly), ukazuje se F tzv. normální oscilace s frekvencemi ν i ( i = 1, 2, 3, ..., F) a komplexní systém vibračních úrovní: kde υ
i = 0, 1, 2, ... jsou odpovídající vibrační kvantová čísla. Soubor frekvencí normálních vibrací v základním elektronickém stavu je velmi důležitou charakteristikou molekuly v závislosti na její chemické struktuře. Všechny atomy molekuly nebo jejich část se účastní určité normální vibrace; atomy v tomto případě vytvářejí harmonické vibrace s jednou frekvencí proti i , ale s různými amplitudami, které určují tvar kmitání. Normální vibrace se dělí podle svého tvaru na valenční (při které se mění délky vazebních čar) a deformační (při které se mění úhly mezi chemickými vazbami - valenční úhly). Počet různých vibračních frekvencí pro molekuly s nízkou symetrií (nemají osy symetrie vyšší než 2) je 2 a všechny vibrace jsou nedegenerované, zatímco u symetričtějších molekul existují dvojité a trojité degenerované vibrace (páry a trojice vibrace shodné frekvence). Například pro nelineární triatomovou molekulu H 2 O ( rýže. 2
, a) F= 3 a jsou možné tři nedegenerované vibrace (dvě valenční a jedna deformace). Symetričtější lineární triatomová molekula CO 2 ( rýže. 2
, b) má F= 4 - dvě nedegenerované vibrace (valence) a jedna dvojitě degenerovaná (deformace). Pro planární vysoce symetrickou molekulu C 6 H 6 ( rýže. 2
, c) se ukáže F= 30 - deset nedegenerovaných a 10 dvojitě degenerovaných vibrací; z toho 14 vibrací se vyskytuje v rovině molekuly (8 valenčních a 6 deformačních) a 6 nerovinných deformačních vibrací - kolmých na tuto rovinu. Ještě symetričtější tetraedrická molekula CH 4 ( rýže. 2
, d) má F =
9 - jedna nedegenerovaná vibrace (valence), jedna dvojitě degenerovaná (deformace) a dvě třikrát degenerovaná (jedna valence a jedna deformace). Úrovně rotační energie lze nalézt kvantováním rotačního pohybu molekuly, přičemž ji považujeme za pevný s určitými momenty setrvačnosti (viz moment setrvačnosti). V nejjednodušším případě dvouatomové nebo lineární víceatomové molekuly její rotační energie kde já je moment setrvačnosti molekuly kolem osy kolmé k ose molekuly a M- točivý moment hybnosti. Podle kvantizačních pravidel kde je rotační kvantové číslo J= 0, 1, 2, ..., a tedy pro E přijatá rotace: kde je rotační konstanta rýže. jedenúrovně rotace jsou zobrazeny pro každý elektronický vibrační stav. Různé druhy M. s. vznikají při různých typech přechodů mezi energetickými hladinami molekul. Podle (1) a (2) Δ E = E‘ - E‘’ = Δ E el + Δ E počet + Δ E rotace, (8) kde se mění Δ E el, A E počet a Δ E rotace elektronických, vibračních a rotačních energií splňuje podmínku: Δ E email >> Δ E počítat >> Δ E rotace (9) [vzdálenosti mezi úrovněmi stejného řádu jako samotné energie E el, E ol a E rotace splňující podmínku (4)]. Na Δ E el ≠ 0, jsou získány elektronické M.s, pozorované ve viditelné a v ultrafialové (UV) oblasti. Obvykle na Δ E el ≠ 0 současně Δ E počet ≠ 0 a Δ E rotace ≠ 0; různé Δ E počítat pro dané Δ E el odpovídají různým vibračním pásmům ( rýže. 3
) a různé Δ E rotace pro dané Δ E el a Δ E počet - samostatné rotační čáry, na které se toto pásmo rozpadá; získá se charakteristická pruhovaná struktura ( rýže. čtyři
). Množina pásem s daným Δ E el (odpovídá čistě elektronickému přechodu s frekvencí proti el = Δ E e-mailem / h) tzv. systém pásem; jednotlivá pásma mají různou intenzitu v závislosti na relativních pravděpodobností přechodu (viz Kvantové přechody), které lze přibližně vypočítat kvantově mechanickými metodami. U složitých molekul se pásy jednoho systému, odpovídající danému elektronovému přechodu, obvykle spojují do jednoho širokého souvislého pásu a několik takových širokých pásů se může vzájemně překrývat. Charakteristická diskrétní elektronová spektra jsou pozorována ve zmrazených roztocích organické sloučeniny(viz Shpolského efekt). Elektronická (přesněji elektronicko-vibračně-rotační) spektra jsou studována experimentálně pomocí spektrografů a spektrometrů se skleněnou (pro viditelnou oblast) a křemennou (pro UV oblast) optikou, ve kterých se pomocí hranolů nebo difrakčních mřížek rozkládá světlo na spektrum (viz obr. Spektrální přístroje).
Na Δ E el = 0 a A E col ≠ 0, získají se vibrační M, pozorované zblízka (až několik mikron) a uprostřed (až několik desítek mikron) infračervená (IR) oblast, obvykle v absorpci, stejně jako v Ramanově rozptylu světla. Zpravidla současně Δ E rotace ≠ 0 a pro daný E Pokud se tak stane, získá se oscilační pásmo, které se rozpadne na samostatné rotační čáry. Nejintenzivnější u vibračních M. s. pásma odpovídající Δ υ
= υ
’ - υ
'' = 1 (pro víceatomové molekuly - Δ υ
i = υ
já'- υ
i''= 1 v Δ υ
k = υ
k'- υ
k '' = 0, kde k≠i). Pro čistě harmonické kmity platí tento výběr ,
zakazování jiných přechodů se provádí přísně; pro anharmonické vibrace se objevují pásy, pro které platí Δ υ
> 1 (podtóny); jejich intenzita je obvykle malá a s rostoucí Δ klesá υ
. Vibrační (přesněji vibračně-rotační) spektra jsou experimentálně studována v IR oblasti v absorpci pomocí IR spektrometrů s hranoly propustnými pro IR záření, případně s difrakčními mřížkami, dále Fourierovými spektrometry a v Ramanově rozptylu pomocí vysokoaperturních spektrografů ( např. viditelná oblast) pomocí laserové excitace. Na Δ E el = 0 a A E col = 0, získají se čistě rotační M. s., skládající se z jednotlivých čar. Jsou pozorovány při absorpci na dálku (st mikron)
IR oblasti a zejména v mikrovlnné oblasti, stejně jako v Ramanových spektrech. U dvouatomových a lineárních víceatomových molekul (stejně jako u dostatečně symetrických nelineárních víceatomových molekul) jsou tyto čáry od sebe stejně vzdáleny (ve frekvenční škále) s intervaly Δν = 2 B v absorpčních spektrech a Δν = 4 B v Ramanových spektrech. Čistě rotační spektra jsou studována při absorpci ve vzdálené infračervené oblasti pomocí IR spektrometrů se speciálními difrakčními mřížkami (echelety) a Fourierových spektrometrů, v mikrovlnné oblasti pomocí mikrovlnných (mikrovlnných) spektrometrů (viz Mikrovlnná spektroskopie) ,
a také v Ramanově rozptylu pomocí vysokoaperturních spektrografů. Metody molekulové spektroskopie, založené na studiu molekulové hmotnosti, umožňují řešit různé problémy v chemii, biologii a dalších vědách (např. zjišťovat složení ropných produktů, polymerních látek a podobně). V chemii podle M. s. studovat strukturu molekul. Elektronické M. s. umožňují získat informace o elektronových obalech molekul, určit excitované hladiny a jejich charakteristiky, najít disociační energie molekul (konvergencí vibračních hladin molekuly k disociačním hranicím). Studium vibračních M. s. umožňuje najít charakteristické vibrační frekvence odpovídající určitým typům chemických vazeb v molekule (například jednoduché dvojité a trojité C-C připojení, C-H spojení, N-H, O-H pro organické molekuly), různé skupiny atomů (například CH 2, CH 3, NH 2), určují prostorovou strukturu molekul, rozlišují cis- a trans-izomery. K tomu se používají infračervená absorpční spektra (IRS) i Ramanova spektra (RSS). IR metoda se rozšířila především jako jedna z nejúčinnějších optických metod pro studium struktury molekul. Většina úplné informace dává v kombinaci s metodou TFR. Studium rotačních molekulárních sil, stejně jako rotační struktury elektronických a vibračních spekter, umožňuje z hodnot momentů setrvačnosti molekul zjištěných ze zkušenosti [které jsou získány z hodnot rotačních konstant , viz (7)], najít s velkou přesností (u jednodušších molekul, např. H 2 O) parametry rovnovážné konfigurace molekuly - vazebné délky a vazebné úhly. Pro zvýšení počtu parametrů, které mají být stanoveny, jsou studována spektra izotopických molekul (zejména ve kterých je vodík nahrazen deuteriem), které mají stejné parametry rovnovážných konfigurací, ale různé momenty setrvačnosti. Jako příklad aplikace M. s. pro určení chemické struktury molekul uvažujme molekulu benzenu C 6 H 6 . Studie její M. s. potvrzuje správnost modelu, podle kterého je molekula plochá a všech 6 vazeb C-C v benzenovém kruhu je ekvivalentních a tvoří pravidelný šestiúhelník (rýže. 2
, b), která má osu symetrie šestého řádu procházející středem symetrie molekuly kolmo k její rovině. Elektronické M. s. absorpce C 6 H 6 se skládá z několika systémů pásem odpovídajících přechodům z úrovně přízemního sudého singletu do excitované liché hladiny, z nichž první je triplet a vyšší jsou singlety ( rýže. 5
). Systém pásem je nejintenzivnější v oblasti roku 1840 A (E 5 - E 1 = 7,0 ev), systém pásem je nejslabší v oblasti 3400 A (E 2 - E 1 = 3,8ev),
odpovídající přechodu singlet-triplet, což je zakázáno přibližnými pravidly výběru pro celkový spin. Přechody odpovídají buzení tzv. π elektrony delokalizované v celém benzenovém kruhu (viz molekula) ;
úrovňový diagram odvozený z elektronových molekulových spekter rýže. 5
je v souladu s přibližnými kvantově mechanickými výpočty. Vibrační M. s. C 6 H 6 odpovídají přítomnosti středu symetrie v molekule - vibrační frekvence, které se objevují (aktivní) v ICS, chybí (neaktivní) v SKR a naopak (tzv. alternativní prohibice). Z 20 normálních vibrací C6H6 jsou 4 aktivní v ICS a 7 aktivních v TFR, zbývajících 11 je neaktivních jak v ICS, tak v TFR. Hodnoty naměřených frekvencí (v cm-1):
673, 1038, 1486, 3080 (v ICS) a 607, 850, 992, 1178, 1596, 3047, 3062 (v TFR). Frekvence 673 a 850 odpovídají vibracím mimo rovinu, všechny ostatní frekvence odpovídají vibracím rovinám. Pro rovinné vibrace je zvláště charakteristická frekvence 992 (odpovídající natahovací vibraci C-C vazeb, která spočívá v periodickém stlačení a tahu benzenový kruh), frekvence 3062 a 3080 (odpovídající vibracím natahování C-H vazeb) a frekvence 607 (odpovídající ohybovým vibracím benzenového kruhu). Pozorovaná vibrační spektra C 6 H 6 (a podobná vibrační spektra C 6 D 6) jsou ve velmi dobré shodě s teoretickými výpočty, které umožnily podat kompletní interpretaci těchto spekter a nalézt formy všech normálních vibrací. Podobně s pomocí M. s. určit strukturu různých tříd organických a anorganických molekul, až po velmi složité, jako jsou molekuly polymerů. lit.: Kondratiev V.N., Struktura atomů a molekul, 2. vyd., M., 1959; Elyashevich M. A., Atomová a molekulová spektroskopie, M., 1962; Herzberg G., Spektra a struktura dvouatomových molekul, trans. z angličtiny, M., 1949; his, Vibrační a rotační spektra víceatomových molekul, trans. z angličtiny, M., 1949; his, Elektronická spektra a struktura víceatomových molekul, trans. z angličtiny, M., 1969; Aplikace spektroskopie v chemii, ed. V. Vesta, přel. z angličtiny, M., 1959. M. A. Eljaševič. Rýže. 4. Rotační štěpení 3805 Å elektronově-vibračního pásu molekuly N 2 . Rýže. 1. Schéma energetických hladin dvouatomové molekuly: a a b - elektronové hladiny; proti" a proti“ - kvantová čísla vibračních úrovní. J" a J" - kvantová čísla rotačních úrovní. Rýže. 2. Rovnovážné konfigurace molekul: a - H 2 O; b - C02; v - C6H6; d-CH4. Čísla označují délky vazby (v Å) a úhly vazby. Rýže. 5. Schéma elektronových hladin a přechodů pro molekulu benzenu. Energetické hladiny jsou uvedeny v ev. C - úrovně singlet; T - hladina tripletu. Parita úrovně je označena písmeny g a u. U systémů absorpčních pásů jsou uvedeny přibližné rozsahy vlnových délek v Å, intenzivnější systémy pásů jsou označeny tlustšími šipkami. Rýže. 3. Elektronicko-vibrační spektrum molekuly N 2 v blízké ultrafialové oblasti; skupiny kapel odpovídají různé významy Δ proti = proti" - proti ". Velký sovětská encyklopedie. - M.: Sovětská encyklopedie.
1969-1978
.
Podívejte se, co je "Molecular Spectra" v jiných slovnících:
Emisní, absorpční a Ramanova spektra (Ramanova) spektra volných nebo slabě vázaných molekul. Typický M. s. pruhované, jsou pozorovány jako kombinace více či méně úzkých pásů v UV, viditelné a ... ... Fyzická encyklopedie
MOLEKULÁRNÍ SPEKTRA, spektra emise, absorpce a rozptylu záření patřící volným nebo slabě vázaným molekulám. Vyskytují se během kvantových přechodů mezi elektronickými, vibračními a rotačními energetickými hladinami molekul. ... ... Moderní encyklopedie- spektra emise a absorpce elektromagnetu. záření a kombin. rozptyl světla patřícího volným nebo slabě vázaným molekulám. Mají podobu sady pásem (čar) v rentgenových, UV, viditelných, IR a rádiových vlnách (včetně ... ... Chemická encyklopedie
Spektra optické absorpce, emise a Ramanova rozptylu světla vznikajícího přechodem molekul z jedné energetické hladiny na druhou. Slečna. sestávají z více či méně širokých pruhů, obrázků. mnoho blízko sebe. spektrální ... ... Velký encyklopedický polytechnický slovník
optický emisní, absorpční a rozptylová spektra světla patřící volným nebo slabě vázaným molekulám. Skládají se ze spektrálních pásem a čar, jejichž struktura a uspořádání jsou typické pro molekuly, které je vyzařují. Vyskytují se během kvantové ... ... Přírodní věda. encyklopedický slovník
Spectra el. magn. záření v IR, viditelném a UV rozsahu stupnice elektromagnetických vln. Tak. dělí na emisní spektra (také nazývaná emisní spektra nebo emisní spektra), absorpční spektra (absorpční spektra), rozptylová a ... ... Fyzická encyklopedie
Spectra elektromagnetická radiace v infračerveném, viditelném a ultrafialovém rozsahu rozsahu elektromagnetických vln (viz Elektromagnetické vlny). Tak. rozdělena na emisní spektra (nazývaná také spektra ... Velká sovětská encyklopedie
Molekulární spektra v důsledku rotace molekuly jako celku. Protože rotace molekuly je kvantována, V.s. sestávají ze samostatných (téměř stejně vzdálených) čar, tj. mají diskrétní charakter. V. s. pozorováno v daleké infračervené oblasti Velká sovětská encyklopedie, Ochkin Vladimir Nikolaevich. Vlastnosti jsou popsány a stav techniky studium nízkoteplotního plazmatu metodami klasické a laserové spektroskopie. Otázky fyzikální interpretace výsledků jsou zvažovány…
chemické vazby a struktura molekul.
Molekula - nejmenší částice látky, skládající se ze stejných nebo různých atomů spojených navzájem chemické vazby a je nositelem jeho hlavní chemické a fyzikální vlastnosti. Chemické vazby vznikají interakcí vnějších, valenčních elektronů atomů. V molekulách se nejčastěji vyskytují dva typy vazeb: iontové a kovalentní.
Iontová vazba (například v molekulách NaCl, KVR) se uskutečňuje elektrostatickou interakcí atomů při přechodu elektronu z jednoho atomu na druhý, tzn. při tvorbě kladných a záporných iontů.
kovalentní vazba(např. v molekulách H 2, C 2, CO) probíhá, když jsou valenční elektrony sdíleny dvěma sousedními atomy (spiny valenčních elektronů musí být antiparalelní). Kovalentní vazba je vysvětlena na základě principu nerozlišitelnosti identických částic, jako jsou elektrony v molekule vodíku. Nerozlišitelnost částic vede k výměnná interakce.
Molekula je kvantový systém; je popsána Schrödingerovou rovnicí, která bere v úvahu pohyb elektronů v molekule, vibrace atomů molekuly a rotaci molekuly. Řešení této rovnice je velmi složitý problém, který se obvykle dělí na dva: pro elektrony a jádra. Energie izolované molekuly:
kde je energie pohybu elektronů vzhledem k jádrům, je energie vibrací jader (v důsledku čehož se vzájemná poloha jader periodicky mění), je energie rotace jader (v důsledku čehož orientace jader molekula v prostoru se periodicky mění). Vzorec (13.1) nebere v úvahu translační energii těžiště molekuly a energii jader atomů v molekule. První z nich není kvantován, takže jeho změny nemohou vést ke vzniku molekulárního spektra, a druhý může být ignorován, pokud se nebere v úvahu hyperjemná struktura spektrálních čar. Je dokázáno, že eV, eV, eV, takže >>>>.
Každá z energií obsažených ve výrazu (13.1) je kvantována (odpovídá množině diskrétních energetických hladin) a je určena kvantovými čísly. Při přechodu z jednoho energetického stavu do druhého je energie absorbována nebo emitována D E = vv. Při takových přechodech se současně mění energie pohybu elektronů, energie vibrací a rotace. Z teorie a experimentu vyplývá, že vzdálenost mezi rotačními energetickými hladinami D je mnohem menší než vzdálenost mezi vibračními hladinami D, což je zase menší než vzdálenost mezi elektronickými hladinami D. Obrázek 13.1 schematicky znázorňuje energetické hladiny dvouatomové molekula (například jsou uvažovány pouze dvě elektronické úrovně, které jsou zobrazeny tučně).
Struktura molekul a vlastnosti jejich energetických hladin se projevují v molekulární spektra– emisní (absorpční) spektra vznikající z kvantových přechodů mezi energetickými hladinami molekul. Emisní spektrum molekuly je určeno strukturou jejích energetických hladin a odpovídajícími pravidly výběru.
Různé typy přechodů mezi úrovněmi tedy dávají vzniknout různým typům molekulárních spekter. Frekvence spektrálních čar emitovaných molekulami mohou odpovídat přechodům z jedné elektronické úrovně na druhou (elektronická spektra) nebo z jedné vibrační (rotační) úrovně do druhé ( vibrační (rotační) spektra Kromě toho jsou možné také přechody se stejnými hodnotami a na úrovně, které mají různé hodnoty všech tří složek, což má za následek elektronicko-vibrační a vibračně-rotační spektra.
Typická molekulární spektra jsou pásová, která jsou kombinací více či méně úzkých pásů v ultrafialové, viditelné a infračervené oblasti.
Při použití spektrálních přístrojů s vysokým rozlišením lze vidět, že proužky jsou tak těsně rozmístěné čáry, že je obtížné je rozlišit. Struktura molekulových spekter je pro různé molekuly odlišná a se zvyšujícím se počtem atomů v molekule se stává složitější (pozorují se pouze souvislé široké pásy). Pouze polyatomové molekuly mají vibrační a rotační spektra, zatímco dvouatomové je nemají. Vysvětluje se to tím, že dvouatomové molekuly nemají dipólové momenty (při vibračních a rotačních přechodech nedochází ke změně dipólového momentu, což je nutná podmínka pro to, aby se pravděpodobnost přechodu lišila od nuly). Molekulární spektra se používají ke studiu struktury a vlastností molekul, používají se v molekulární spektrální analýze, laserové spektroskopii, kvantové elektronice atd.