同核分子

具有相同原子核的原子組成的雙原子分子。HD分子雖然是異核分子但是它是等電荷核分子。

基本介紹

• 中文名：同核分子
• 外文名：Homonuclear molecule
• 定義：相同原子核組成的雙原子分子
• 例子：N2和O2分子
• 偶極矩：μ＝0
• 學科：化學

概念解析

具有相同原子核的原子組成的雙原子分子，例如N₂和O₂分子。同核分子的能級結構特點反映在它的光譜上。紅外區內雙原子分子振動光譜的強度依賴於偶極矩μ對核間距R的導數值。例如 CO分子（CO是異核分子）的偶極矩在核平衡距離R=Re附近的導數值很大，所以有很強的振動紅外吸收。但是，像H₂，O₂，N₂和I₂等這類的同核分子的偶極矩μ=0，μ的導數處處為零，所以觀察不到它們的紅外振動光譜。然而，卻可以觀察到它們的振動喇曼光譜(見喇曼效應)。另外，HD分子雖然是異核分子，但是它是等電荷核分子，所以HD也不具有振動紅外吸收光譜而只具有喇曼光譜。

同核分子軌道能級圖

把分子中各分子軌道按能量高低的順序排列起來就可以得到分子軌道能級圖。組成原子的2s和2p軌道的能量相差較大，在組合成分子軌道時，不會發生2s和2p軌道的相互作用，只是兩原子軌道的s-s和p-p軌道的線性組合，因此，這些原子組成的同核雙原子分子的分子軌道能級順序見右圖1。

圖1 分子軌道能級圖

組成原子的2s和2p軌道的能量相差較小，在組合成分子軌道時，一個原子的2s軌道除能和另一個原子的2s軌道發生重疊外，還可以與其2p軌道重疊，其結果是使 超過 和 。這些原子組成的同核雙原子分子的分子軌道能級順序見圖2。

圖2 分子軌道能級順序圖

同核分子離子的勢能研究

鹼金屬的二聚物以及它們的離子成為許多實驗和理論研究關注的對象。在低能量的離子原子碰撞研究中，對於能給出散射過程重要信息的一些實驗來說象鹼金屬這樣的單電子分子是理想的體系。而雙原子分子離子的勢能函式對原子和離子的低能散射有很重要的作用。例如，鹼金屬雙原子分子離子的勢能函式對研究散射過程的勢能曲線相交，雙原子分子離子的預離解等光譜現象十分重要。許多課題組對雷射照射鹼金屬蒸氣的實驗很感興趣，並且許多實驗結果的討論都是基於鈉分子或鈉分子離子的勢能曲線。考慮到在該實驗條件下多重碰撞發生的可能性較小，可以認為勢能曲線就能比較好地代表實際的物理勢能。鋰的二聚物以及它的陽離子一直以來也是人們關注的熱點。一方面，鋰分子是除氫分子外最簡單的穩定的中性同核雙原子分子，但鋰分子離子不像氫分子離子遵守簡單分子軌道理論，它的勢能要比中性分子的勢能稍大。另一方面，鋰離子的光譜，以及鋰原子和鋰離子的散射也給人們提出很多新的問題，但是關於該體系的勢能等精確物理數據一直比較少。

由於氟分子和它的離子在稀有氣體(鹵素雷射系統中的重要位置使得它們的電子結構，光譜性質受到研究者的關注。而研究氟分子離子電子態的勢能將有助於我們理解它的光譜並正確識別其譜線，所以對氟分子離子的X²Ⅱ_g態和A²Ⅱ_u態的勢能曲線的精確研究對以後更深入地研究氟分子離子的光譜性質和動力學行為是重要的。此外，太陽系中發生的光離化過程還產生著大量氧分子離子，這些O₂⁺對外層大氣的光化學過程又起著重要的作用，因而O₂⁺成為若干領域關注的研究對象， 對O₂⁺的勢能曲線的研究，無論是對天體物理過程，還是大氣環保的研究都有重要意義。

長期以來鹼金屬分子離子、氟分子離子、氧分子離子的電子結構和光譜性質一直就是人們研究的重要內容，並且很多這類研究都與離子電子態的勢能曲線密切相關。 ECMI方法對上述同核雙原子分子離子的一些電子態進行了研究。結果表明，新的ECMI勢不僅收斂迅速，而且其庫侖勢變分可調，便於精確研究雙原子分子離子的庫侖性質。ECMI勢不但能獲得離子平衡核間距附近的精確勢能，還可以得到其他方法往往難以得到的離子的漸進區和離解區勢能的正確結果。ECMI方法所獲得的雙原子分子離子的精確勢能數據對於化學反應， 散射物理， 雷射物理和大氣物理等高科技領域研究有重要的意義。