Widma cząsteczek 

przejścia rotacyjne

 

 

• Badaniem widm zajmuje się spektroskopia 

czyli 

• nauka o powstawaniu i interpretacji widm 

powstających w wyniku oddziaływań 
wszelkich rodzajów promieniowania na 
materię rozumianą jako zbiorowisko 
atomów i cząsteczek. 

•

nauka wykorzystująca światło do 

badania właściwości atomów, cząsteczek i 
materiałów

 

 

• W spektroskopii wykorzystywane są dwa 

rodzaje widma rotacyjnego:

• widmo rotacyjne absorpcyjne, obserwowane w 

zakresie promieniowania mikrofalowego, 

powstałe na skutek przejścia promienistego (w 

wyniku absorpcji promieniowania 

mikrofalowego) między niższym a wyższym 

poziomem rotacyjnym cząsteczki. Warunkiem 

obserwacji takiego widma jest posiadanie 

przez cząsteczkę trwałego elektrycznego 

momentu dipolowego, czyli polarność 

cząsteczki. 

 

 

• widmo rotacyjne Ramana, obserwowane w 

widmie rozproszeniowym, powstałe na 
skutek rozproszenia nieelastycznego 
promieniowania elektromagnetycznego na 
poziomach rotacyjnych cząsteczki. 
Warunkiem obserwacji takiego widma jest 
anizotropia polaryzowalności cząsteczki, 
czyli w praktyce nie posiadanie przez daną 
cząsteczkę symetrii tetraedru, oktaedru 
lub ikosaedru. 

 

 

• Widmo rotacyjne - widmo powstałe na 

skutek przejść między poziomami 

rotacyjnymi (skwantowanymi poziomami 

energii obrotowej) cząsteczki pod 

wpływem promieniowania  

elektromagnetycznego. Widmo rotacyjne 

można otrzymać wyłącznie dla substancji 

w fazie gazowej. Obserwuje się je w 

postaci szeregu wąskich linii widmowych.

 

 

 

 

 

 

Klasyfikacja cząsteczek 

wieloatomowych jako 

rotatorów (bąków) ze względu 

na typ symetrii 

Widma rotacyjne cząsteczek 
wieloatomowych zależą od ich symetrii. 
Rozróżnia się następujące rotatory.
 ( Liczba kwantowa J przybiera, podobnie 
jak dla cząsteczki dwuatomowej, 
wartości naturalne łącznie z zerem.)

 

 

• Rotatory liniowe (CO2, C2H2). 

Poziomy energetyczne, reguły wyboru i 
widmo są analogiczne jak w 
cząsteczkach dwuatomowych, czyli 
charakteryzują je dwie liczby 
kwantowe, J,M, a energia zależy od 
jednej z nich:

 

 

• Rotatory sferyczne, do których należą 

cząsteczki o więcej niż jednej osi obrotowej z 
krotnością większą niż 2, czyli z grupy symetrii 
tetraedru, oktaedru lub ikosaedru (na 
przykład CH4, SF6, C60). Tensor momentu 
bezwładności jest w nich izotropowy, IA = IB = IC 
Stany rotacyjne w nich charakteryzują trzy liczby 
kwantowe, J,M,K. Energia zależy tylko od jednej z 
nich 

 

 

• Rotatory symetryczne, do których należą cząsteczki o 

jednej osi obrotowej z krotnością większą niż 2 (na przykład 
NH3, CH3Cl, C6H6). Dzielą się na wydłużone (NH3, CH3Cl) 
(IA < IB = IC) i spłaszczone (C6H6) (IA = IB < IC). W 
przybliżeniu rotatora sztywnego stany rotacyjne w nich 
charakteryzują trzy liczby kwantowe, J,M,K, M=-J,-
J+1,...,0,...,J-1,J i K=-J,-J+1,...,0,...,J-1,J. Energia zależy od J i 
K: 

 

 

 

 

Rotacyjne widmo absorpcyjne 

cząsteczki dwuatomowej CO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Przejścia rotacyjne są 

niskoenergetyczne 1-100cm

-1

  

pojawiają się w obszarze spektralnym 
 nazywanym mikrofalowym MW 

• Obserwowane są dla cząsteczek o 

stałym momencie dipolowym – np. 
cząsteczki O

2

, H

2

 czy N

2

 nie mają 

widm rotacyjnych

 

 

Zastosowanie 

• Głównym zastosowaniem widma rotacyjnego 

w chemii jest wyznaczanie struktury 
geometrycznej małych cząsteczek (długości 
wiązań oraz kątów i kątów dwuściennych 
między nimi). Służy ono także do 
wyznaczania (z intensywności linii 
widmowych) temperatury odległych 
obiektów. Widma rotacyjne molekuł 
umieszczonych w zewnętrznym polu 
elektrycznym służą też do wyznaczania 
elektrycznego momentu dipolowego.

 

 

• Koniec