分子は量子状態と呼ばれる個別のエネルギーレベルを持っています。より単純なエネルギーレベルを持つ原子とは異なり、分子は追加の回転エネルギーレベルと振動エネルギーレベルを持っています。各エネルギーレベルはエネルギーギャップによって分離されており、隣接する電子レベル、振動レベル、回転レベル間のギャップは大きく異なります。2 原子分子の 3 種類のエネルギーレベルを図 1 に示します。
図 1: 2 原子分子の 3 種類のエネルギーレベル。
分子は電磁放射線から光子の形でエネルギーを吸収し、そのエネルギーを使用して分子をより高いエネルギー状態に励起することができます。このプロセス中に、結合の周りの回転、結合振動の周波数、または基底状態 (最も低いエネルギー状態) から励起状態 (より高いエネルギー レベル) への電子の遷移に変化が生じる可能性があります。励起状態の分子が基底状態に戻ると、放射線を放出します。吸収または放出された光子のエネルギーは、遷移に関与する 2 つのエネルギーレベル間のエネルギーギャップに相当します。したがって、各遷移は放射の波長または周波数に依存します。
エネルギーギャップの大きさが異なるため、これらの遷移中に吸収される放射の波長は異なります。たとえば、分子内の特定の回転の遷移中に消費または放出されるエネルギーは、マイクロ波放射の範囲内です。対照的に、赤外線放射のエネルギーは結合振動の変化に対応します。さらに、紫外可視の範囲にある光子は、特に共役二重結合を持つ分子の場合、電子を別の軌道に励起することができます。
章から 12:
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