Вращательная спектроскопия

Вращательного спектра трифторйодметан, CF₃I, в диапазоне частоты от 6 до 18 гигагерц. На измерение спектра ушло пара часов при использовании микроволнового Фурье спектрометра с ЛЧМ-импульсом в университете Бристоля. Вращательные переходы помечены, чтобы указать вращательные уровни, участвующие в переходе. Каждый вращательный переход дополнительно расщеплён на линии по причине ядерного квадрупольного взаимодействия с ядром ¹²⁷I.

Вращательная спектроскопия — вид микроволновой спектроскопии. Она измеряет поглощение или излучение света молекулами, для понимания изменений в их вращательной энергии. Хотя микроволновые частоты часто используются во вращательной спектроскопии и микроволновой спектроскопии, эти для метода различны. В самых ранних экспериментах в микроволновой спектроскопии измерялся колебательный спектр аммиака.^[1] Чисто вращательную спектроскопию отличают от спектроскопии, где вращательные степени свободы взаимодействуют с колебательными и электронными приводя к новым переходам.

Вращательная спектроскопии применима только в газовой фазе, где можно отличить переходы между отдельными квантовыми состояниями известными как вращательные уровни энергии. Молекулярные вращательные движения быстро затухают и превращается в другие виды энергии в твердых телах и жидкостях. Вращательные спектры можно наблюдать для молекул, которые имеют постоянный электрический дипольный момент.^[2] Электрического поля излучения оказывает крутящий момент на молекулу через взаимодействие с дипольным моментом молекулы, заставляя молеклу вращаться быстрее (при возбуждении) или медленнее (при релаксации). Гомоядерные двухатомных молекул, такие как молекулярный кислород (O₂), водород (H₂) и т. д. не имеют дипольного момента и, следовательно, не имеют чисто вращательного спектра. В редких случаях,^[3] эффект центробежной силы позволяет наблюдать переходы в молекулах, которые не имеют постоянного электрического дипольного момента. Кроме того, электронные возбуждения могут иногда привести к асимметричным распределениям заряда и чистому дипольному моменту.

Среди двухатомных молекул, окись углерода (CO) имеет один из самых простых вращательных спектров. Что касается трёхатомной молекулы цианида водорода (HC≡N), то она имеет простой вращательный спектр для линейной молекулы, аналогично изоцианид водорода (HN=C:) — для нелинейной молекулы. Трудности, связанные с интерпретацией вращательных спектров увеличиваются с размером и конформационной гибкостью молекул.

Примечания

1. ↑ Cleeton, C.E.; Williams,N.H. (1934). «Electromagnetic waves of 1.1 cm wave-length and the absorption spectrum of ammonia». Physical Reviews 45: 234–237. DOI:10.1103/PhysRev.45.234. Bibcode: 1934PhRv...45..234C.
2. ↑ Gordy W. Microwave Molecular Spectra in Technique of Organic Chemistry, Vol. IX, Edited by A. Weissberger. — New York: Interscience, 1970.
3. ↑ Chu, F.Y.; Oka, T. (1974). «"Forbidden" rotational spectra of phosphine and arsine». Journal of Chemical Physics 60 (11): 4612–4618. DOI:10.1063/1.1680946. Bibcode: 1974JChPh..60.4612C.