5167288048

Energia cząsteczki i jej stany kwantowe

Ryszard JEDLIŃSKI¹, Henryk MAŁECKI²

'Polkomtel S.A.

²Wyższa Szkoła Informatyki w Łodzi

W pracy przedstawiono poziomy energetyczne atomu i molekuły. Pokazano, że zarówno poziomy elektronowe oscylacyjne i rotacyjne są skwantowane. Energia pobrana z zewnątrz przez molekułę i zużyta na wzbudzenie tej molekuły, może spowodować jednoczesną zmianę różnych postaci jej energii. I tak, wzbudzeniom elektronów odpowiada emisja promieniowania leżącego przeważnie w zakresie widzialnym lub w nadfiolecie, a więc o długościach fali rzędu 0,1-1 pm. Wzbudzeniom oscylacyjnym odpowiada emisja promieniowania w zakresie podczerwieni o długościach fali rzędu 10-100pm, a wzbudzeniom rotacyjnym emisja fali o długości rzędu 1000-100000 pm ( 1-100 mm).

Energia cząsteczki związana jest z czterema jej ruchami i jest sumą

1)    energii kinetycznej je ruchu postępowego (translacji) E_lr,

2)    energii powłok elektronowych E_el}

3)    energii oscylacji atomów wokół ich położeń równowagi E_OSCy

4)    energii rotacji cząsteczki wokół osi przechodzących przez środek masy molekuły

E_rol.

Można zatem zapisać, że energia całkowita E jest równa:

E = E_lr+E_el+E_asc+E_rol

Z wymieniowych rodzajów energii tylko energia translacyjna może przyjmować dowolne wartości, czyli jest wartością ciągłą. Pozostałe rodzaje energii przybierają ściśle określone wartości, czyli są skwantowane.

W cząsteczce mamy zatem do czynienia z elektronowymi —E_ei, oscylacyjnymi - E_osc i rotacyjnymi - E_rol skwantowanymi stanami energetycznymi. Energie te różnią się bardzo wyraźnie swą wielkością. Energia rotacyjna jest z grubsza o rząd wielkości mniejsza od energii oscylacyjnej, ta zaś znów o rząd wielkości mniejsza od elektronowej. Pojęcie cząsteczki odgrywa najważniejszą rolę, gdy chodzi o gazowy stan substancji; gazy składają się na ogół z cząsteczek o dwu lub więcej atomach (do wyjątków zaliczamy gazy szlachetne i pary różnych metali, których drobiny sąjednoatomowe).

Najprostszą budowę posiadają widma pasmowe cząsteczek dwuatomowych. Cząsteczka taka składa się z dwu dodatnio naładowanych jąder atomowych, dookoła których roztacza się chmura elektronowa, przy czym elektrony zewnętrznych powłok atomów wchodzących w skład cząsteczki, czyli tzw. elektrony walencyjne, tworzą chmurę wspólną obu atomom, powodując w ten sposób ich związanie w cząsteczkę. Obraz ten prowadzi do przypisywania cząsteczce kształtu spłaszczonej elipsoidy obrotowej.

14