Vibrorotasjonelle

Vibrorotasjonelle tilstander, ofte omtalt som rovibrasjonelle tilstander, beskriver koblingen mellom en molekyls vibrasjonsbevegelse og dens rotasjon. I molekylfysikk og spektralanalyse refererer disse tilstandene til energinivåer bestemt av både vibrasjonskvantetallet v og rotasjonskvantitallet J. Rovibrasjonelle effekter gir karakteristiske spektrallinjer i infrarød og Raman-spektroskopi og brukes til å trekke ut strukturell informasjon om molekyler.

Energi og modell: For en enkel diatomisk molekyl kan energien til en rovibrasjonell tilstand tilnærmes av E(v,J) = h c [ω_e (v+1/2) - ω_e x_e (v+1/2)^2] + B_v J(J+1) - D_v J^2 (J+1)^2, hvor B_v er rotasjonskonstanten til vibrasjonen v, og B_v ≈ B_e - α_e (v+1/2). Den effektive bondlengden øker med v, noe som fører til lavere B_v. Anharmonicitet korrigerer frekvenser noe og gir avvik fra en enkel modell.

Overganger og spekter: For dipol-aktive rovibratoriske transisjoner er reglene ofte Δv = ±1 og ΔJ = ±1, noe som gir P- og R-branchene i IR-spektre. P-branch består av overgangene med ΔJ = -1, mens R-branch består av ΔJ = +1. Q-branch (ΔJ = 0) er vanligvis fraværende for enkle diatomiske molekyler med permanent dipolmoment, men kan forekomme i visse polyatomiske eller degenerate vibrasjonstilstander.

Betydning og anvendelse: Rovibrasjonell spektroskopi tillater bestemmelse av bindelengder, vibrasjonsfrekvenser og anharmoniciteter, samt rotasjonskonstanter og korreksjoner. Instrumenter som IR- og Raman-spektroskopi gir tilgang til disse dataene. Bruksområder omfatter kjemisk analyse, miljøovervåkning, astrofysikk og studier av molekyler i ulike tilstander.