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Auteur(s)
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Alain PETIT : Docteur d’État en physique - Chef du Laboratoire de Spectroscopie et d’Interaction Laser-matière (DEN/DPC/SPAL) - Centre d’Études de Saclay
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Après avoir passé en revue les propriétés spectroscopiques des molécules diatomiques et les principaux types de couplages, une étude détaillée des spectres des molécules diatomiques est présentée suivant la nature des transitions : rotationnelle, vibrationnelle ou électronique.
Du fait de la complexité des vibrations et des rotations dans les molécules polyatomiques, seules quelques généralités sont données sur les spectres rotationnels et les vibrations moléculaires associées à ces molécules.
Les molécules peuvent émettre un rayonnement après avoir été excitées par une onde électromagnétique incidente. Si le rayonnement incident est absorbé au cours du processus, la lumière réémise est dite de fluorescence ; par contre, lorsqu’il n’y a pas d’absorption du rayonnement excitateur, il s’agit d’un phénomène de diffusion. Ces deux aspects sont examinés en fin d’article.
Pour des informations complémentaires, le lecteur peut se référer aux ouvrages généraux à donnés dans les références bibliographiques ainsi qu’aux publications récentes .
L’étude des spectres atomiques a fait l’objet de l’article dans ce volume (référence ).
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Énergie électronique des molécules diatomiques
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2. Approximation de Born-Oppenheimer
L’équation de Schrödinger pour une molécule implique des fonctions d’onde dépendant des coordonnées nucléaires et électro-niques. La première simplification consiste donc à séparer en deux parties distinctes la partie nucléaire et la partie électronique :
avec :
- RN et ri :
- respectivement coordonnées du noyau et des électrons i.
On suppose que des valeurs de Ψ e peuvent être trouvées en prenant des valeurs constantes pour R N, de sorte que l’équation de Schrödinger peut être séparée en deux équations, une impliquant Ψ e seulement et l’autre χ N seulement. La solution de l’équation en Ψ e donne une énergie E e, qui dépend des valeurs particulières de R N choisies. Cette énergie E e( R N) forme une partie du potentiel à introduire dans la deuxième équation impliquant la partie nucléaire χ N pour donner l’énergie totale.
Cette approximation (approximation de Born-Oppenheimer) est justifiée par le fait que les noyaux bougent beaucoup plus lentement que les électrons, à cause de leur masse plus élevée.
Une simplification peut être faite en écrivant χ N comme le produit de deux fonctions, Ψ v(R ) représentant les changements des positions relatives des noyaux (vibration le long de l’axe internucléaire dans le cas d’une molécule diatomique) et Ψ r(θ, ϕ) représentant la rotation de la molécule. On peut ainsi écrire :
La condition entre parenthèses est...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BANWELL (C.N.) - Fundamentals of molecular spectroscopy - . McGraw-Hill, New York (1966).
-
(2) - BARROW (G.M.) - Introduction to molecular spectra - . McGraw-Hill, New York (1962).
-
(3) - BRANSDEN (B.H.), JOACHAIN (C.J.) - Physics of atoms and molecules - . Longmans, Londres (1983).
-
(4) - COULSON (C.A.) - Valence - . 3e éd., Oxford University Press (1979).
-
(5) - HOLLAS (J.M.) - Modern spectroscopy - . Wiley, Chichester, 3 e éd. (1996).
-
(6) - STEINFELD (J.I.) - Molecules and radiation - . MIT Press, Cambridge, Massachussetts (1974).
-
(7) - HERZBERG (G.) - Spectra...
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