UK 
EnglishТипова
Polski🔬 Молекулярна спектроскопія
Молекулярна спектроскопія: обертальні, коливальні та електронні переходи, правила відбору й вигляд ІЧ- та УФ-спектрів.
Схожі симуляції
Про молекулярну спектроскопію
Ця симуляція візуалізує інфрачервону спектроскопію поглинання п'яти поширених молекул — H₂O, CO₂, CH₄, HCl та NH₃ — за допомогою закону Бера-Ламберта. Коливальні смуги кожної молекули моделюються як лоренцівські лінії поглинання на їхніх реальних основних хвильових числах, а для легких двоатомних розтягувань модель додає обертальну тонку структуру P- та R-гілок у наближенні жорсткого ротатора. Супровідна діаграма енергетичних рівнів показує коливальний перехід v=0 → v=1 за кожною смугою, тож можна безпосередньо пов'язати спектр із квантовим стрибком, що лежить в його основі.
🔬 Що показує симуляція. Синтетичний спектр пропускання ІЧ-випромінювання від 400 до 4000 см⁻¹, побудований на реальних смугах поглинання кожної молекули (наприклад, моди H₂O при 1595, 3400 та 3756 см⁻¹; моди CO₂ при 667 та 2349 см⁻¹). Сильні смуги розтягування з відчутною обертальною сталою B демонструють роздільні лінії P/R, відносні інтенсивності яких підпорядковуються фактору заселеності Больцмана за обраної температури.
🎮 Як користуватися. Оберіть молекулу з випадного списку (H₂O, CO₂, CH₄, HCl, NH₃). Перетягуйте повзунок температури (80–1500 K), щоб змінити заселеність рівнів і уширення смуг, повзунок роздільної здатності (0,5–50 см⁻¹), щоб загострити або розмити обертальну тонку структуру, і повзунок «Концентрація × Довжина шляху» (0,1–5), щоб масштабувати поглинання за законом Бера-Ламберта. Інформаційний блок під елементами керування оновлюється фактами про смуги обраної молекули.
💡 Чи знали ви? HCl має один із найчистіших обертально-коливальних спектрів серед усіх молекул — її лінії P- та R-гілок розташовані рівномірно з інтервалом приблизно 2B, і за високої роздільної здатності можна навіть побачити різницю мас між ізотопами ³⁵Cl і ³⁷Cl у вигляді крихітних дублетів у кожній лінії.
Часті запитання
Що описує закон Бера-Ламберта в цій симуляції?
Закон Бера-Ламберта пов'язує поглинання з концентрацією та довжиною оптичного шляху: A пропорційне добутку c, l та коефіцієнта поглинання молекули. У цій симуляції повзунок «Концентрація × Довжина шляху» напряму масштабує цей добуток, тож вищі значення підштовхують більше смуг до повного поглинання (пропускання близьке до нуля), а нижчі — залишають спектр здебільшого прозорим.
Чому деякі смуги мають тонку структуру, а інші — ні?
Обертальна тонка структура з'являється лише для сильних смуг розтягування молекул з достатньо великою обертальною сталою B, як-от HCl і NH₃. Смуги деформації та комбіновані смуги, а також молекули з дуже малим B, як-от CO₂, відображаються як прості гладкі лоренцівські лінії, оскільки їхній обертальний інтервал занадто малий або заселеність надто розсіяна, щоб мати значення для візуалізації.
Як температура впливає на спектр?
Температура впливає двома способами: фактор Больцмана дещо змінює ефективну інтенсивність кожної смуги, а для смуг із роздільною обертальною структурою вона змінює форму огинаючої P/R-гілок, оскільки за вищої температури заселюються обертальні рівні з вищим J. Тому підвищення температури розширює й перерозподіляє інтенсивність між обертальними лініями відповідних смуг.
Що фізично представляють лінії P- та R-гілок?
Це обертально-коливальні переходи, що супроводжують коливальний стрибок. Лінії R-гілки (ΔJ = +1) розташовані вище центру смуги, а лінії P-гілки (ΔJ = −1) — нижче, з інтервалами приблизно 2B(J+1) та 2B·J відповідно. Їхні відносні висоти підпорядковуються розподілу заселеності (2J+1)·exp(−hcBJ(J+1)/kT), тому огинаюча гілок має характерний пік осторонь від центру смуги.
Це реальний квантово-механічний розрахунок?
Це спрощена, але фізично обґрунтована модель, а не повний розрахунок ab initio. Положення й інтенсивності смуг взяті з реальних експериментальних значень, форми ліній використовують стандартну функцію лоренцівського уширення, а обертальна тонка структура використовує підручникову формулу P/R-гілок жорсткого ротатора з реальним фактором заселеності Больцмана — цього достатньо, щоб відтворити якісний і напівкількісний вигляд реального ІЧ-спектра.