12.3 : التحليل الطيفي الجزيئي: الامتصاص والانبعاث

تمتلك الجزيئات مستويات طاقة منفصلة تسمى الحالات الكمومية. وعلى عكس الذرات، التي تحتوي على مستويات طاقة أبسط، تمتلك الجزيئات مستويات طاقة دورانية واهتزازية إضافية. ويفصل بين كل مستوى طاقة فجوة طاقة، مع اختلاف الفجوات بين المستويات الإلكترونية والاهتزازية والدورانية المجاورة بشكل كبير. وتظهر الأنواع الثلاثة لمستويات الطاقة في الجزيء ثنائي الذرة في الشكل 1.

الشكل 1: الأنواع الثلاثة لمستويات الطاقة في الجزيء ثنائي الذرة.

يمكن للجزيء امتصاص الطاقة في شكل فوتون من الإشعاع الكهرومغناطيسي واستخدام تلك الطاقة لإثارة الجزيء إلى حالة طاقة أعلى. وخلال هذه العملية، يمكن أن تحدث تغييرات في الدوران حول الرابطة، أو تردد اهتزاز الرابطة، أو انتقال الإلكترون من حالته الأساسية (أدنى حالة طاقة) إلى حالة مثارة (مستوى طاقة أعلى). عندما يعود الجزيء المثار إلى حالته الأساسية، فإنه يصدر إشعاعًا. وتعادل طاقة الفوتون الممتص أو المنبعث فجوة الطاقة بين مستويي الطاقة المشاركين في الانتقال. وبالتالي، فإن كل انتقال يعتمد على طول الموجة أو تردد الإشعاع.

ونظرًا لاختلاف أحجام فجوات الطاقة، فإن أطوال موجات الإشعاع الممتصة أثناء هذه الانتقالات تختلف. على سبيل المثال، تكون الطاقة المستهلكة أو المنبعثة أثناء انتقال دوران معين في جزيء ما في نطاق إشعاع الميكروويف. وعلى النقيض من ذلك، تتوافق طاقة الأشعة تحت الحمراء مع التغيرات في اهتزازات الرابطة. وعلاوة على ذلك، يمكن للفوتونات في نطاق الأشعة فوق البنفسجية المرئية إثارة إلكترون إلى مدار مختلف، وخاصة في حالة الجزيئات ذات الروابط المزدوجة المترافقة.