Спектроскопия высокого разрешения серосодержащих молекул типа XY2

• Автор: Громова, Ольга Васильевна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Некоторые методы теоретического исследования спектров молекул

1.1 Колебательно-вращательный гамильтониан

1.2 Приближение Борна - Оппенгеймера

1.3 Операторная теория возмущения

2 Исследование спектров высокого разрешения сероводорода в коротковолновой области

2.1 Анализ спектра высокого разрешения молекулы НгБ в области второй гексады

2.2 Анализ колебательно-вращательного спектра молекулы П28 в диапазоне 7300-

7900 см

2.3 Анализ колебательно-вращательного спектра молекулы Н23 в диапазоне 8500-

8900 см"1
3 Глобальное описание колебательно-вращательных спектров сероводорода и его внутримолекулярная потенциальная функция
3.1 Глобальное описание спектра высокого разрешения молекулы Б28
3.2 Глобальное описание спектра высокого разрешения молекулы НБв
3.3 ЯР С Б (“Спектроскопический потенциал - глобальный фитинг”) метод: применение к анализу спектров сероводорода
4 Спектроскопия высокого разрешения и внутримолекулярная потенциальная функция молекулы Э02
4.1 Анализ колебательно-вращательного спектра поглощения полосы Згц молекулы ЭОг
4.2 Результаты исследования вращательной структуры полос гц + Згц и Згц + г/3
4.3 Внутримолекулярная потенциальная функция
молекулы Э02
4.4 Применение вариационной процедуры для изучения очень слабых “горячих”
полос молекулы
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Спектроскопия является основным источником количественной информации о квантовомеханических характеристиках объектов микромира. В частности, методы молекулярной спектроскопии дают возможность изучить структуру и внутреннюю динамику молекул. В последнее время в связи с развитием и внедрением в технику эксперимента лазерных и Фурье-спектрометров увеличился поток новой высокоточной спектроскопической информации, что позволяет в свою очередь более детально изучать физические процессы, происходящие в молекуле. По этим причинам спектроскопическая информация широко применяется для решения задач астрофизики, атмосферной оптики, физики полупроводников и ряда других, как научных, так и технических проблем. Исследование спектров имеет большое значение и для химиков, занимающихся вопросами изучения структуры молекул, природы химической связи, кинетики химических реакций и т.д. Таким образом, возникает ряд проблем и вопросов, связанных с анализом спектров молекул, таких как их интерпретация, определение фундаментальных характеристик молекул и др.
Исчерпывающие сведения о молекулах можно получить, например, решив соответствующее уравнение Шредингера. К сожалению, в настоящее время решить полное электронно-колебателъно-вращательное уравнение Шредингера для многоатомной молекулы не представляется возможным. При таких условиях понятен возрастающий в последнее время интерес к количественному определению параметров потенциальных функций молекул, которые, как известно, характеризуют их внутреннюю динамику. Поэтому важным условием понимания протекающих в молекуле процессов является получения корректной информации о последней.
В связи с вышесказанным, в течение последних лет в лаборатории молекулярной спектроскопии Томского государственного университета разрабатывается иолуэмиирический метод определения внутримолекулярной потенциальной функции, основанный на фитинге параметров модельной потенциальной функции к высокоточным экспериментальным данным.
В связи с этим, становится понятной важность высокоточного исследования колебательно-вращательных спектров многоатомных молекул, разработки новых нетрадиционных подходов и усовершенствования существующих методов анализа колебательно-вращательных спектров высокого разрешения.
Данная работа посвящена теоретическому анализу спектров высокого разрешения молекул типа ХУ2 симметрии С2„, а именно, молекул диоксида серы 302, сероводорода Н23 и его дейтеропроизводных модификаций.
Молекула сероводорода являются ярким представителем этой группы. Кроме того,

она содержит легкие ядра водорода, и, как следствие, все спектроскопические эффекты, характерные для этого типа молекул, наиболее ярко проявляются в их спектрах. В сравнении с Н23 молекула диоксида серы ЯОг является более тяжелой и, следовательно, те методы, которые показывают свою работоспособность для легких молекул, тем более будут применимы и для такого типа молекул. Поэтому молекулы Н23 и ЯОг, а также их изотопомеры, можно рассматривать как “тестовые” для апробации корректности методов исследования спектров.
С точки зрения приложений, сероводород и диоксид серы относятся к веществам загрязняющие атмосферу. Сернистый ангидрид (ЯОг) - газ, образующийся при сгорании серосодержащих видов топлива, а также при разных производственных процессах, например, плавке сульфидных руд. Сернистый газ вреден не только для окружающей среды, но и для человека. В атмосфере он реагирует с водяным паром с образованием вторичного загрязнителя - серной кислоты (Н2Б04). Сероводород (Н23) присутствует в атмосферах планет-гигантов и также является одним из промышленных загрязнителей атмосферы земли. В связи с этим, исследование колебательно-вращательных спектров такого вида молекул имеет важное значение для решения различных задач физики, астрофизики, метеорологии п атмосферной оптики.
В соответствии с вышесказанным цель настоящей работы: - Разработать или модифицировать и практически применить методы (“ЭРСР” метод (“Спектроскопический потенциал-глобальный фитинг”), “глобальный фитинг”, интерпретация сверхслабых спектров) для анализа тонкой~структуры спектров высокого разрешения молекул сероводорода и диоксида серы, и на этой основе определить параметры внутримолекулярной потенциальной функции этих молекул. Конкретная реализация поставленной цели заключается в решении следующих задач:
• анализ тонкой структуры зарегистрированных впервые, либо с существенно лучшими характеристиками, чем ранее, спектров высокого разрешения сероводорода и его дейтеропроизводпых модификаций и диоксида серы с целью получения новой информации о возбужденных колебательных состояниях этих молекул;
• модификация и применение метода “глобального фитинга” для анализа спектров высокого разрешения дейтерозамещенных модификаций молекулы сероводорода, а именно ЕШв и Б23, с целью получения дополнительной высокоточной экспериментальной информации;
• реализация в виде пакета прикладных программ ЭРСР-метода, позволяющего описывать колебательно-вращательную структуру всех известных на сегодняшний день полос поглощения одновременно для всех трех основных изотонических модификаций сероводорода, НЭ, БгЭ и ГГОЭ в основном электронном состоянии;
• разработка и практическая реализация процедуры идентификации очень слабых колебательно-вращательных полос, для которых не применим традиционный метод комбинационных разностей;

Таблица 2.6: Параметры резонансных взаимодействий между состояниями полиа-ды V = 2.5 молекулы Н23 (в см-1)
Взаимодействия Ферми типа
Параметр Значение Параметр Значение Параметр Значение
р-2 47.70 х 102 -0.823(183)
К? х ю2 -0.509(185) Пук х Ю4 -0.4767(745) Ріу] х 104 0.2812(137)
р1-3 107.296(985) Рк3 рі-з ху -0.33712(665) -0.02808(214) "3 -0.06061(212)
гр2—3 ЬК 0.21331(805) ркк х Ю3 0.5623(493)
р5-6 81.60 ТТ5-6 г к ркк х 103 -0.19883(149) 0.3134(104) р5-6 -0.11022(251)
р?,;6 х ю -0.67886(914) П;к х юз -5.131(672) Рху! х ю3 6.354(382)
О X і1 г* к -0.15056(907)
рЗ—4 146.841(796) т?3—4 * К -0.4242(105) і7>3—4 1 J -0.13007(449)
<п О т—1 X Тй Ь. 1.1182(541) Р3к х 103 -0.6152(262) рЗ-4 ху -0.14770(553)
/г3-4 х 105 г хуКК А -0.1894(167)
Взаимодействия Кориолисова типа
Параметр Значение Параметр Значение Параметр Значение
2(ССУУ-5 0.15105(277) С'1к х 102 0.3674(222) Су!5 х Ю2 0.5862(521)
СІА х Ю4 &~Ъ х 103 2(С0>У~& />2—5 итг 2(С£У)3~Ё 2(С(У)4~6 /-14—6 -0.1762(126) -0.2421(116)' -0.150 -0.11070(216) 0.150 -0.6460(138) -0.12553(784) С1~А X 104 С£і х Ю3 Сікь X 103 сЬк х Ю3 <%! х Ю3 Сук6 X 103 с££ х ю3 сі;1 х ю6 0.2612(173) -0.1419(178) -5.874(311) -0.08120(926) -0.3021(253) -0.15734(439) 1.8249(935) 0.2417(145) 1.262(238) Г>1-5 СУ~ЪЖ х 10° 6т275 х 103 с;:! х ю3 с4-/ х ю3 с4;! х ю3 -0.23790(256) 1.0959(616) -0.6684(660) 0.4499(168) -0.1972(186) -0.5767(448)