Спектроскопическое измерение спина протона ОТЧЕТ О КУРСОВОЙ РАБОТЕ

Спектроскопическое измерение спина протона ОТЧЕТ О КУРСОВОЙ РАБОТЕ СТУДЕНТКИ 3 КУРСА ГРУППЫ 12308 ПОДОЛЬСКОЙ ИРИНЫ НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ ДУБОВ ДМИТРИЙ ЮРЬЕВИЧ

Введение

Электронно-колебательно-вращательный спектр поглощения двухатомной молекулы

Электронно-колебательно-вращательный спектр поглощения двухатомной молекулы Весь набор переходов между двумя конкретными электронными термами (n", v", J") → (n', v', J') занимает довольно широкий интервал спектра. Внутри этого интервала переходы с различными наборами колебательных чисел (v', v") формируют структуру из колебательных полос. В свою очередь, каждая (v', v'') полоса колебательной структуры имеет тонкую вращательную структуру, образованную совокупностью переходов с одинаковыми наборами чисел (n", v") и (n', v'), т. е. переходов между состояниями, различающимися вращательными числами J.

Спин ядра атома и соотношение интенсивностей во вращательном спектре двухатомных гомоядерных молекул Гомоядерная молекула Н 2 обладает дополнительными свойствами симметрии, существующими благодаря эквивалентности обоих ядер и наличию в молекуле центра симметрии. Поэтому возникает необходимость провести дальнейшее подразделение электронных состояний по следующему признаку: электронная волновая функция остается неизменной или меняет знак при отражении в центре симметрии. В первом случае состояния называются четными и снабжаются индексом g, во втором случае – нечетными с индексом u.

Спин ядра атома и соотношение интенсивностей во вращательном спектре двухатомных гомоядерных молекул

Спин ядра атома и соотношение интенсивностей во вращательном спектре двухатомных гомоядерных молекул Для молекулы Н 2, где оба ядра являются протонами, осуществляется последний случай. Функция Ψ должна быть антисимметрична при перестановке протонов. Четность координатной части волновой функции будет определяться четностью Pl, которая зависит от величины момента J. В состояниях с четным J функция PJ четная, с нечетным – соответственно нечетная. В итоге условие антисимметричности полной функции Ψ связывает допустимые вращательные состояния с взаимной ориентацией спинов молекул.

Спин ядра атома и соотношение интенсивностей во вращательном спектре двухатомных гомоядерных молекул Рассмотрим обе возможные ориентации. 1. Спины ядер параллельны. Тогда спиновая волновая функция S симметрична, и, следовательно, функция PJ должна быть нечетной. Поэтому молекула Н 2, имеющая параллельные спины ядер ( «ортоводород» ), может иметь только нечетные вращательные числа. В частности, ее нижнее состояние соответствует J = 1. 2. Спины ядер антипараллельны. Тогда S антисимметрична и, следовательно, PJ должна быть четной. Поэтому молекула Н 2 с антипараллельными спинами ядер ( «параводород» ) может иметь только четное орбитальное число. Нижнее состояние есть J = 0.

Спин ядра атома и соотношение интенсивностей во вращательном спектре двухатомных гомоядерных молекул Для ортоводорода возможны три (– 1, 0, 1) проекции ядерного спина на направление момента, связанного с движением электронов молекулы (грубо говоря, на суммарный момент электронных оболочек). Все эти состояния имеют одинаковые вероятности. Значит, статистический вес, или степень вырождения, молекул водорода с суммарным ядерным спином 1 равен трем, и они должны встречаться в три раза чаще, чем молекулы с суммарным ядерным спином ноль. Интенсивность того или иного вращательного перехода в эмиссионном спектре пропорциональна количеству молекул в начальном (излучающем) состоянии. Поэтому чередование заселенностей четных и нечетных вращательных состояний приводит к чередованию интенсивностей соответствующих линий в спектре.

Особенности эмиссионного спектра молекулы водорода Наиболее интенсивные линии расположены в оранжевой области (59006200 Å). Всего же спектр Н 2 охватывает диапазон 600– 130 000 Å, и в нём известно около 120 тысяч линий.

Установка

Переход 2 -2

Результаты 0 -0 1 -1 2 -2 3 -3 0, 47481 0, 54266 0, 39709 0, 21123 0, 20416 0, 23473 0, 42532 0, 10085 0, 65609 0, 63254 0, 11367 0, 21158 0, 1506 0, 15563 0, 20858 0, 059297 0, 2773 0, 26077 0, 030152 0, 09582 0, 06006 0, 055787 0, 066622 0, 08849 0, 12517

Результаты

Результаты Переход 0 -0 0 0 5 10 15 20 25 -1 ( +1) -2 -3 -4 -5 -6 +1)) ( /(2 30 35 40 45

Результаты Переход 3 -3 0 0 5 10 15 20 -1 ( +1) -2 -3 -4 -5 -6 +1)) ( /(2 25 30 35

Результаты отношение статистических весов спин протона 2, 93 0, 52 2, 73 0, 58 3, 23 0, 45 2, 70 0, 59

Спасибо за внимание!