Молекулярная спектроскопия

2020/2021

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

3

Кредиты

Кто читает:

Базовая кафедра квантовой оптики и нанофотоники Института спектроскопии РАН

Статус:

Курс по выбору

Когда читается:

4-й курс, 3 модуль

Преподаватель

Мироненко Владимир Романович

Программа дисциплины

Аннотация

В курсе " Молекулярная спектроскопия" рассмотрены вопросы взаимодействия электромагнитного излучения молекулами: поглощение света, испускание света, комбинационное рассеяние. Изложены элементы квантовой химии, позволяющие объяснить связи атомов в молекулах. Рассмотрены свойства симметрии молекул, определяющие свойства квантовых состояний молекул и правила отбора для переходов между состояниями. Рассмотрены электронные, колебательные и вращательные спектры, спектры комбинационного рассеяния, а также методы их экспериментального получения.

Цель освоения дисциплины

• Знать основные концепции, законы и принципы, лежащие в основе молекулярной спектроскопии.
• Знать основные методы, применяемые в современных экспериментах по изучению спектров молекул.
• Знать основные результаты открытий и исследований, определивших пути развития молекулярной спектроскопии.
• Знать принципиальные особенности спектров молекул различной симметрии.

Планируемые результаты обучения

• Умение анализировать и обобщать результаты экспериментальных исследований.
• Уметь проводить самостоятельно и в коллективе экспериментальные или теоретические исследования в области молекулярной спектроскопии
• Уметь видеть и оценивать основные проблемы и ставить новые задачи
• Уметь получать наилучшие значения измеряемых величин и правильно оценить степень их достоверности.

Содержание учебной дисциплины

• Введение
  Разделение движений электронной и ядерной подсистем (адиабатическое приближение). Общая схема энергетических уровней молекулы. Спонтанные и вынужденные радиационные процессы. Спектры поглощения и испускания. Двухфотонные процессы. Общая классификация молекулярных спектров.
• Электронная структура молекул и химическая связь
  Вариационный принцип. Метод молекулярных орбиталей (МО) и метод валентных связей (ВС). Молекулярный ион водорода. Молекула водорода. Направленная валентность и геометрия молекул, sigma- и pi-связи.
• Симметрия молекул
  Преобразования симметрии. Основные точечные группы симметрии молекул. Представления групп. Неприводимые представления. Характеры неприводимых представлений. Общая классификация термов по типам симметрии. Правила отбора для матричных элементов.
• Вращательные спектры молекул
  Типы волчков. Вращательные уровни и вращательные переходы у линейных молекул. Чередование интенсивностей. Пара и ортоводород. Вращательные уровни молекул типа сферического волчка. Вращательные уровни и вращательные переходы в случае молекул типа симметричного (и асимметричного) волчка. Вращательные спектры и структура молекул. Экспериментальные методы исследования вращательных спектров: поглощение в микроволновой и инфракрасной области, комбинационное рассеяние света. Применение эффектов Штарка и Зеемана.
• Колебательные спектры
  Классификация нормальных колебаний по типам симметрии. Правила отбора для спектров ИК-поглощения и комбинационного рассеяния света. Ангармонизм колебаний. Резонанс Ферми. Вращательная структура колебательных полос.
• Электронные спектры многоатомных молекул
  Классификация электронных состояний многоатомных молекул по типам симметрии. Взаимодействие электронного движения с колебательным. Эффект Яна-Теллера. Правила отбора в электронно-колебательном спектре. Принцип Франка-Кондона для многоатомных молекул. Проявление в спектре полносимметричных и неполносимметричных колебаний. Эффект Герцберга-Теллера.
• Электронные спектры двухатомных молекул
  Симметрия двухатомных молекул. Классификация электронных состояний. Колебательная структура электронных переходов. Схема Деландра. Принцип Франка-Кондона. Диаграммы Фортра. Взаимодействие электронного движения с вращательным. - удвоение. Сплошные спектры двухатомных молекул. Предиссоциация.

Элементы контроля

• Контрольная работа 1
• Контрольная работа 2
• Экзамен
  экзамен в формате беседы по программе курса

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (3 модуль)
  0.2 * Контрольная работа 1 + 0.2 * Контрольная работа 2 + 0.6 * Экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. - Теоретическая физика Т.3. Квантовая механика (нерелятивистская теория) - Издательство "Физматлит" - 2001 - 808с. - ISBN: 5-9221-0057-2 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2380

Рекомендуемая дополнительная литература

• Молекулярная спектроскопия: основы теории и практика: Учебное пособие / Ф.Ф. Литвин, В.Т. Дубровский и др.; Под ред. Ф.Ф.Литвина - Москва : НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 263 с.: 60x88 1/16. - (Высшее образование: Бакалавриат). (о) ISBN 978-5-16-005727-9 - Текст : электронный. - URL: http://znanium.com/catalog/product/444657