الأطياف الدورانية

ان مطيافية الدوران طريقة جيدة لجمع المعلومات عن اعلومات الجزيئات الغازية فالاشعاع الكهرومغناطيسي الساقط على جزيئة يزودها بالطاقة اللازمة لجعلها تدور والمتطلب الاول لامتصاص الاشعاع بانتقال طاقة دوراني هو امتلاك الجزيئة لثنائي قطبية كهربائي دائم حيث يتأثر ثنائي القطبية الدوار مع المجال الكهربائي للاشعاع الكهرومغناطيسي ويسمح بتبادل الطاقة بين الجزيئة والاشعاع وانتقال الجزيئة بين مستوى دوراني وآخر.

وهناك قيد اخر على الانتقالات الدورانية للجزيئات التي تملك عزم ثنائي القطبية ويدعى قاعدة الاختيار selection rule فلكي يحصل انتقال دوراني للجزيئات الخطية بين مستوى دوراني وآخر يجب ان يكون فرق العدد الكمي للزخم الزاوي للمستويين يساوي 1 -+ = ΔJ وفرق العدد الكمي لمسقط الزخم الزاوي يساوي 0 = ΔM للاشعاع الكهرومغناطيسي المستقطب خطيا.

الشكل (1)

الشكل (2)

ان قاعدة الاختيار لامتصاص طاقة الاشعاع هي 1+ = ΔJ والانتقالات المتوقعة موضحة في شكل (1) بالاسهم العمودية والطاقة الممتصة ، لذلك نتوقع امتصاص الاشعاع الذي تردداته تساوي 6B_e, 4B_e, 2B_e,... لان المستويات الدورانية التي اعدادها الكمية تساوي .....,J = 0, 1, 2, 3  تكون مشغولة في درجات الحرارة الاعتيادية وكما مبين في شكل (2). ان الفصل بين الخطوط بمقدار ثابت مبني على نموذج الدوار الصلد ولكن في الحقيقة الجزيئة ليست صلدة والمسافة بين النوى تتغير نتيجة لدوران الجزيئة السريع.

تعطي هاليدات الهيدروجين اطياف امتصاص تحت الحمراء بخطوط مفصولة عن بعضها بمسافات متساوية واعداد موجية مساوية لمضاعفات B_e وهذه خطوط دورانية بسبب انتقالات بين حالات دورانية فقط بدون تغير في الحالة الاهتزازية وفي جدول (1) انتقالات دورانية لجزيئة HCI ومن جدول (1) يمكن ملاحظة ان المسافة الفاصلة بين مستويين دورانيين متساوية تقريبا وتميل الى النقصان مع زيادة J.

ومن قياس المسافة الفاصلة بين الخطوط يمكن ايجاد عزم القصور الدوراني I للجزيئة فمثلا المسافة الفاصلة لحالة 4 = J لجزيئة HCI تساوي 20.7 cm^-1 وتساوي 4.111 × 10^-22 جول والمسافة الفاصلة تساوي 2B_e ومن العلاقة  نجد عزم القصور الدوراني I = 2.7 × 0-47 ويمكن ايجاد مسافة الاتزان بين النوى r_e من العلاقة I = μr_e وبما ان الكتلة المختزلة لجزيئة HCI = 0.9796 × 1.66×10^-27 kg μ لذلك r_e = 1.275 انكستروم.

وبالرغم من ان الحالات الدورانية للجزيئات الخطية مميزة بالعددين الكميين J وM فان طاقات هذه الحالات تعتمد على العدد الكمي للزخم الزاوي الكلي فقط ويظهر التحلل 2J+1 لمستويات الطاقة الدورانية عند تطبيق مجال كهربائي على الجزيئات ويدعى فصل وازاحة خطوط الطيف الدورانية بوجود المجال الكهربائي تاثير ستارك Stark effect ويعطي العدد الكمي M مركبة الزخم في اتجاه معين وتحت تاثير ستارك يكون هذا الاتجاه هو اتجاه المجال الكهربائي وان الحالات التي لها قيم M مختلفة تقابل كلاسيكيا اتجاهات مختلفة للجزيئة الدوارة نسبة الى المجال الكهربائي وتكون لها قيم طاقة مختلفة في شكل (3) مبين تاثير ستارك على مستويات الطاقة الدورانية لجزيئة HCI. ان ملاحظة فصل الخطوط الطيفية تحت تاثير مجال كهربائي تساعد كثيرا في تعيين العدد الكمي الدوراني J للجزيئة التي حدث الانتقال فيها.

الشكل (3)

وبالاضافة لما سبق ذكره فمن قياس تاثير ستارك يمكن ايجاد قيمة عزم ثنائي القطبية الجزيئي μ₀ فتحت تاثير مجال كهربائي مقداره E تكون ازاحة طاقة الخطوط الطيفية ΔE لقيم J ≠ 0 بالمقدار:

..........(1)

وازاحة الطاقة لقيمة 0 = J تساوي:

........(2)