Предиссоциация молекулы. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Предиссоциация молекулы (от лат. рrае - вперёд, впереди и dissociatio - разделение, разъединение) - безызлучательный переход возбуждённой молекулы из устойчивого электронного состояния в неустойчивое с той же энергией, сопровождающийся диссоциацией молекулы. Явление П. м. легче всего наблюдается в случае двухатомных молекул и может быть объяснено на основе представления о кривых потенц. энергии U(r)(см. Потенциальная поверхность). Под действием фотона с энергией

частота возбуждающего света) молекула переходит из основного электронного состояния (рис., кривая 1)в возбуждённое (кривая 2), откуда в результате колебат. движения молекулы возможен безызлучат. переход на кривую отталкивания (кривая 3), приводящий к распаду молекулы на атомы, т. е. к диссоциации. Согласно Франка- Кондона принципу, наиб. вероятен переход, соответствующий пересечению кривых притяжения и отталкивания, т. е. П. м. происходит при энергии, близкой к

, и атомы разлетаются с кинетич. энергией

где

- энергия диссоциации молекулы. Кинетич. энергия тем больше, чем круче спадает кривая отталкивания при разлёте атомов. Экспериментально определённые значения границы предиссоциации

дают верх. предел для энергии диссоциации

. В случае пологого хода кривой отталкивания

может мало отличаться от

напр. D = 0,12 эВ для молекулы

При предиссоциации молекулы время жизни молекулы в возбуждённом состоянии с энергией, близкой к

, сокращается. Поэтому П. м. проявляется в уширении вращат. линий в электронно-колебат. полосах поглощения (что может приводить к частичному или полному исчезновению вращат. структуры электронно-колебат. полос испускания). В случае флуоресценции это приводит к ослаблению или даже полному её исчезновению; ослабление флуоресценции - часто более чувствит. индикатор предиссоциации молекул, чем уширение линий, которое в случае слабой предиссоциации молекул трудно обнаружить.

Схема предиссоциации при переходе молекулы на кривую отталкивания: 1 и 2 - кривые притяжения соответственно в основном и возбуждённом электронных состояниях; 3 - кривая отталкивания;

- энергии предиссоциации и диссоциации соответственно; D - кинетич. энергия разлетающихся атомов.

С квантовомеханич. точки зрения, П. м.- результат возмущения, возникающего вследствие взаимодействия дискретных уровней энергии с непрерывными. В нулевом приближении энергию молекулы можно представить в виде суммы электронной и колебательной составляющих, при этом состояния, соответствующие кривой притяжения (дискретные состояния) и кривой отталкивания (непрерывные состояния), независимы друг от друга. Согласно теории возмущений, при учёте электронно-колебат. взаимодействия эти состояния уже не независимы и действит. состояние молекулы с энергией

является наложением дискретного и непрерывного состояний. Волновая функция, описывающая состояние молекулы,

, где

- коэф., квадраты модулей к-рых дают вероятности найти молекулу в состояниях, описываемых волновыми функциями

. Т. о., молекула в состоянии, описываемом волновой функцией

, распадается с тем большей вероятностью, чем больше

. Взаимодействие возможно лишь для состояний одинаковой симметрии, что накладывает ограничения на возможность П. м.

Предиссоциация молекул может иметь место и для многоатомных молекул, однако её наблюдение затрудняется сложностью спектров и возможно лишь для наиб. простых из них. Для сложных молекул с широкими сплошными полосами поглощения и испускания, в к-рых отсутствует вращат. структура, предиссоциацию вообще нельзя наблюдать. Однако именно для таких молекул важна роль предиссоциации в их распаде при возбуждении уровней энергии, лежащих выше границ диссоциации, т. к. число способов, к-рыми предиссоциация может быть осуществлена, возрастает с увеличением числа колебат. степеней свободы молекулы. Предиссоциация сложной молекулы может происходить со значит. задержкой по отношению к моменту возбуждения, т. к. её энергия распределяется по многочисл. колебат. степеням свободы, а диссоциация наступает в результате случайной концентрации колебат. энергии на наиб. слабой связи.

С предиссоциацией молекул может быть связана повышенная хим. активность из-за образования при предиссоциации атомов и радикалов, обладающих высокой реакционной способностью. Поэтому П. м. играет важную роль в фотохимии.

Литература по предиссоциации молекул

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.