弗蘭克-康登原理

弗蘭克-康登原理（英語：Franck–Condon principle）是光譜學的重要原理，用於解釋電子-振動躍遷的強度。電子-振動躍遷指分子吸收或發射光子後，電子能級和振動能級同時發生變化的過程。Franck-Condon原理指出，在分子電子躍遷過程中，當兩個振動能級（分別屬於不同的電子能級）的波函式有效重疊程度最大時，這兩個振動能級之間的躍遷發生的機率最大。此原理可以被量子力學所解釋。

基本介紹

• 中文名：弗蘭克-康登原理
• 外文名：Franck–Condon principle
• 領域：物理

簡介

弗蘭克-康登原理（英語：Franck–Condon principle）是光譜學的重要原理，用於解釋電子-振動躍遷的強度。電子-振動躍遷指分子吸收或發射光子後，電子能級和振動能級同時發生變化的過程。Franck-Condon原理指出，在分子電子躍遷過程中，當兩個振動能級（分別屬於不同的電子能級）的波函式有效重疊程度最大時，這兩個振動能級之間的躍遷發生的機率最大。此原理可以被量子力學所解釋。

分子電子躍遷

分子電子躍遷表示分子中價電子從一個能級因為吸收能量時，躍遷到一個更高的能級；或者釋放能量，躍遷到更低的能級的過程。如果起始能級的能量比最終能級的能量高，原子便會釋放能量（通常以電磁波的形式發放）。相反，如果起始能級的能量較低，原子便會吸收能量。釋放與吸收的能量等於這兩個能級的能量之差。

在此過程中的能量變化提供了分子結構的信息，並決定了許多分子性質如顏色。有關電子躍遷的能量和輻射頻率的關係由普朗克定律決定。

一般，我們套用電子躍遷來說明單個原子。當討論多原子分子時，我們套用分子軌道理論。也可以視單個原子為單原子分子，將各種情況的電子躍遷統一到分子電子躍遷的框架下來。這裡的能級是基於分子軌道理論提出的。

有機化合物中的電子躍遷在電磁頻譜的紫外區或可見光區發生，可以由UV/VIS光譜測得。在HOMOσ帶處的電子可被激發到 LUMO 的σ帶。這個過程被寫作σ → σ躍遷。同樣有電子從π鍵軌道激發至反π鍵軌道π，寫作π → π躍遷。助色基團的自由電子對被寫為孤對電子n，孤電子對有自己的躍遷，如芳香π鍵躍遷。

光譜學

光譜學（英語：Spectroscopy）是研究物質發射、吸收或散射的光、聲或粒子來研究物質的方法。

光譜學也可以被定義為研究光和物質之間相互作用的學科。歷史上，光譜學指用可見光來對物質結構的理論研究和定量和定性的分析的科學分支。但是，近來，光譜學的定義已經被擴展為一種不只用可見光，也用許多其他電磁或非電磁輻射（如微波，無線電波，X射線，電子，聲子（聲波）等）的新技術。阻抗光譜學則研究交流電的頻率回響。

光譜學被頻繁的用在物理和分析化學中，通過發射或吸收光譜來鑑定物質。一種記錄光譜的儀器叫分光計。光譜學可以通過其測量或計算的物理屬性或測量過程來分類。

光譜學也同樣大量運用在天文學和遙感。大多數大型天文望遠鏡配有光譜攝製儀，用來測量天體的化學組成和物理屬性，或通過測量光譜線的都卜勒偏移來測量天體的速度。

非絕熱耦合

非絕熱耦合（nonadiabatic coupling）又稱電子振動耦合（vibronic coupling）或導數耦合（derivative coupling），是一個描述分子體系中電子與原子核間運動耦合作用的物理量。

在量子力學中，根據波恩-奧本海默近似，電子在一個指定的量子態上運動，因而在各能級上的機率分布恆定不變，這種過程稱為電子絕熱過程。然而，電子的不同運動狀態會被原子核的運動所耦合，而這一偶合就因而被稱為電子-振動耦合。在這種耦合會誘導下，體系不再嚴格遵守波恩-奧本海默近似，而可以從一個電子態轉化為另一電子態，這樣的過程稱為電子非絕熱過程，而該耦合也因而又被稱為非絕熱耦合。非絕熱耦合的數學形式具有電子態關於原子核運動的導數的形式，因而有時又被稱為導數耦合。

非絕熱耦合對於理解和研究非絕熱過程具有至關重要的意義。非絕熱耦合項在動力學方程中來源於原子核動能項，而同時出現在分母上的原子核質量項使得這一耦合作用一般可以忽略，而波恩-奧本海默近似大部分時候是成立的。然而，在勢能面之間的圓錐交叉點附近，非絕熱耦合的絕對值趨於無窮大，它的作用不再可以被忽略。

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