12.3 : ספקטרוסקופיה מולקולרית: בליעה ופליטה

למולקולות יש רמות אנרגיה בדידות הנקראות מצבים קוונטיים. בשונה מאטומים, שלהם רמות אנרגיה פשוטות יותר, למולקולות יש גם רמות אנרגיה סיבוביות ורטטיות נוספות. כל רמת אנרגיה מופרדת באמצעות פער אנרגטי, כאשר הפערים בין רמות אלקטרוניות, רטטיות וסיבוביות משתנים במידה משמעותית. שלושת סוגי רמות האנרגיה במולקולה דו-אטומית מוצגים באיור 1.

איור 1: שלושת סוגי רמות האנרגיה במולקולה דו-אטומית.

מולקולה יכולה לבלוע אנרגיה בצורת פוטון מקרינה אלקטרומגנטית ולהשתמש באנרגיה זו כדי לעבור למצב אנרגטי גבוה יותר. בתהליך זה, עשויים להתרחש שינויים בסיבוב סביב קשר, בתדירות הרטט של קשר, או במעבר של אלקטרון ממצב היסוד (מצב האנרגיה הנמוך ביותר) למצב מעורר (רמת אנרגיה גבוהה יותר). כאשר המולקולה במצב המעורר חוזרת למצב היסוד, היא פולטת קרינה. האנרגיה של הפוטון הנבלע או הנפלט שווה לפער האנרגיה בין שתי רמות האנרגיה המעורבות במעבר. לפיכך, כל מעבר תלוי באורך הגל או בתדירות הקרינה.

בשל הגדלים השונים של פערי האנרגיה, אורכי הגל של הקרינה הנבלעת במהלך המעברים הללו משתנים. לדוגמה, האנרגיה הנצרכת או הנפלטת במהלך מעבר של סיבוב מסוים במולקולה נמצאת בטווח הקרינה המיקרוגלית. לעומת זאת, האנרגיה של קרינה תת-אדומה (IR) מתאימה לשינויים ברטט הקשר. יתר על כן, פוטונים בטווח העל-סגול-נראה (UV-Vis) יכולים לעורר אלקטרון למסלול שונה, במיוחד במקרה של מולקולות עם קשרים כפולים מצומדים.