12.3 : Espectroscopia Molecular: Absorção e Emissão

As moléculas possuem níveis discretos de energia, chamados de estados quânticos. Ao contrário dos átomos, que têm níveis de energia mais simples, as moléculas possuem níveis de energia rotacional e vibracional adicionais. Cada nível de energia é separado por uma lacuna de energia, com as lacunas entre os níveis eletrônicos, vibracionais e rotacionais adjacentes variando significativamente. Os três tipos de níveis de energia em uma molécula diatômica são mostrados na Figura 1.

Figura 1: Os três tipos de níveis de energia em uma molécula diatômica.

Uma molécula pode absorver energia na forma de um fóton da radiação eletromagnética e usar essa energia para excitar a molécula para um estado de energia mais alto. Durante esse processo, podem ocorrer mudanças na rotação em torno de uma ligação, na frequência de vibração da ligação ou na transição de um elétron de seu estado fundamental (o estado de energia mais baixo) para um estado excitado (um nível de energia mais alto). Quando a molécula em estado excitado retorna ao seu estado fundamental, ela emite radiação. A energia do fóton absorvido ou emitido é equivalente à lacuna de energia entre os dois níveis de energia envolvidos na transição. Portanto, cada transição depende do comprimento de onda, ou frequência, da radiação.

Devido às magnitudes variáveis ​​das lacunas de energia, os comprimentos de onda da radiação absorvida durante essas transições diferem. Por exemplo, a energia consumida ou liberada durante a transição de uma rotação específica em uma molécula está na faixa da radiação de micro-ondas. Em contraste, a energia da radiação infravermelha corresponde a mudanças nas vibrações de ligação. Além disso, fótons na faixa UV-visível podem excitar um elétron para um orbital diferente, particularmente no caso de moléculas com ligações duplas conjugadas.