الطاقة الجزيئية

تتكون الطاقة الجزيئة من طاقة الكترونية، طاقة اهتزازية، طاقة دورانية، وطاقات اخرى حيث الطاقة الالكترونية هي طاقة الكترونات والتكافؤ لذرات الجزيئة والطاقات الاخرى مقدارها صغير وهي طاقة تآثر البرم ورباعي القطبية وغيرها واذا اهملنا الطاقات الصغيرة تبقى الطاقة الالكترونية والاهتزازية والدورانية وتخضع الطاقة الجزيئية لقوانين ميكانيكا الكم فيحصل انبعاث او امتصاص الطاقة في الجزيئة بشكل كم من الطاقة مقداره E = hv حيث h ثابت بلانك وv التردد.

وعندما تتلقى جزيئة طاقة من مصدر خارجي تزداد طاقتها واذا كان مصدر الطاقة موجة كهرومغناطيسية في المدى المرئي وتحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي فان الالكترونات تمتص الطاقة وكذلك تزداد طاقة الجزيئة الاهتزازية اما الطاقة الدورانية فهي اقل بكثير من الطاقة الالكترونية والاهتزازية وتكفي الطاقة الحرارية الاعتيادية لتجعل الجزيئة تدور.

فمقدار الطاقة الالكترونية بحدود 2-10 الكترون فولت ومقدار الطاقة الاهتزازية بحدود 0.2 – 2 الكترون فولت ومقدار الطاقة الدورانية بحدود 10^-5 -10^-3 الكترون فولت بينما مقدار الطاقة الحرارية في درجة حرارة الغرفة بحدود 0.0025 الكترون فولت لذا تكون الجزيئات في حالاتها الالكترونية والاهتزازية الارضية ولكن حالاتها الدورانية تكون متهيجة.

ان انتقال الجزيئة من مستوى طاقة الكتروني الى مستوى اخر يعود الى الاشعاع المرئي او تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي والانتقالات الاهتزازية تقع في مدى طيف الاشعة تحت الحمراء اما الانتقالات الدورانية فتكون في مدى الاشعة تحت الحمراء البعيدة والموجات الدقيقة، وفي الواقع تحدث الانتقالات الاهتزازية والدورانية سوية مكونة الاطياف الاهتزازية – الدورانية.

ويحتوي كل مستوى طاقة الكترونية مستويات طاقة اهتزازية متميزة بالعدد الكمي الاهتزازي v ولكن مستوى اهتزازي توجد مستويات طاقة دورانية متميزة بالعدد الكمي الدورانية J وتتضمن الاطياف الجزيئية انتقالات الكترونية واهتزازية او دورانية وان الحالات الالكترونية للجزيئات الثنائية الذرة يمكن تمثيلها بمخططات plots طاقة الجهد كدالة في المسافة بين النوى والانتقالات الالكترونية هي خطوط عمودية او تقريبا عمودية على هذه المخططات لان الانتقال الالكتروني يحدث بسرعة ولا تتمكن المسافة بين النوى من التغير كثيرا اثناء العملية وتحدث الانتقالات الاهتزازية بين مستويات اهتزازية مختلفة للحالة الالكترونية نفسها اما الانتقالات الدورانية فتحدث على الاكثر بين المستويات الدورانية للحالة الاهتزازية نفسها بالرغم من وجود عدة امثلة على انتقالات اهتزازية – دورانية في الجزيئات الخفيفة.

وفي شكل (1) مبين انتقال الكتروني بين حالة متهيجة لجزيئة ثنائية الذرة والحالة الالكترونية الارضية وفي الحالة الالكترونية الارضية مبين انتقال اهتزازي بين مستويين اهتزازيين. وفي شكل (2) مبين جزء من مخطط جهد لحالة الكترونية مستقرة لجزيئة ثنائية الذرة وتملك الحالة الالكترونية عدة مستويات اهتزازية مصاحبة لها لذلك يمكن ملاحظة اطياف اهتزازية والاكثر شيوعا هو ملاحظة الانتقالات الدورانية المصاحبة للحالة الاهتزازية الارضية.

ان العلاقة hv_ik = E_i - E_k تصاحب تردد معين v_ik لكل من مستوى الطاقة E_i ومستوى الطاقة E_k لجزيئة وتعتمد ملاحظة هذا التردد او عدم ملاحظته في طيف الجزيئة على عدد من قواعد الاختيار والتي تقرر بناء على اعتبارات التماثل امكانية حدوث انتقال اشعاعي بين مستويين معينين للطاقة الجزيئية وشدة الخط الطيفي للانتقال المسموح تعتمد على عدد الجزيئات التي تشغل مستوى الطاقة الذي يمتص الطاقة N_i وعلى عدد الجزيئات التي تشغل مستوى الطاقة الذي يبعث الطاقة N_k وعلى احتمالية الانتقال بين المستويين.