Auswahlregeln in der Spektroskopie

Ich lese 'Fundamentals of Molecular Spectroscopy' von Banwell-McCash und in verschiedenen Abschnitten stößt man auf diese Auswahlregeln für die zulässigen Übergänge, aber das Buch leitet einige davon nicht ab oder liefert keine angemessenen Erklärungen.

Beispielsweise erlaubt in der Infrarotspektroskopie das vibrierende zweiatomige Molekül, das durch einen einfachen harmonischen Oszillator beschrieben wird, Übergänge mit der Auswahlregel Δn = ± 1, während bei der Beschreibung durch einen anharmonischen Oszillator die Auswahlregel als Δn = ± 1 angegeben ist. ±2, ±3, .... Dies wird nur ohne angemessene Erklärung angegeben, warum dieses Modell größere Sprünge zulässt, harmonisches jedoch nicht.

Auch im Fall von Raman-Streuung in linearen Molekülen wird die Auswahlregel für erlaubte Übergänge als ΔJ=±2 angegeben, ebenfalls ohne Erklärung angegeben. Kann jemand diese erklären oder kann jemand eine Quelle / ein Buch vorschlagen, in der diese Auswahlregeln im Detail erklärt oder abgeleitet werden?

Kennst du dich mit Parität aus?
@ user3518839 ja

Antworten (1)

Die Art und Weise, wie Licht mit Atomen interagiert, kann durch die Elektronenwolke modelliert werden, die auf das EM-Lichtfeld reagiert. Die Reaktion auf Licht geringer Intensität ist überwiegend dipolar. Der Dipoloperator ist ungerade unter Parität.

Da wir nahe dem Gleichgewicht ein harmonisches Potential für das Atom annehmen, haben die Zustände wohldefinierte Parität. Es ist bekannt, dass die Staaten sogar N Staaten haben sogar ( + ) Parität und ungerade N mit ungerader Parität ( ) .

Nehmen wir an, dass unser Anfangszustand gerade Parität hat. Dann muss die Lichtabsorption es in einen Zustand mit ungerader Parität wie bringen ( + ) = ( ) . Und der nächste ungerade Zustand ist derjenige über oder unter dem Anfangszustand. Und es ist leicht zu sehen, dass dies der Fall ist, wenn unser Anfangszustand auch ungerade ist, weil ( ) = ( + ) , bringt es in einen gleichmäßigen Zustand.

Wenn wir also in einem Zustand beginnen N , dann können wir aufgrund der Lichtabsorption in jeden Zustand gehen N ± k Wo k = 1 , 3 , 5... Da die Intensität jedoch gering ist, bedeutet dies, dass das Atom höchstwahrscheinlich nur ein Photon absorbiert, und dies bedeutet, dass der Zustand aufgrund der Energieerhaltung nur in den Zustand übergehen kann N ± 1

Das erklärt zwar den ersten Teil, aber für die Auswahlregel für anharmonische Oszillatormodelle gilt Δn = ± 1, ± 2, ± 3, ..., was aus dem Paritätsoperator nicht klar hervorgeht und auch bei Raman-Spektren der Fall ist.
Da die Parität nur für einen harmonischen Oszillator gut definiert ist, gibt es keine Beschränkungen für einen harmonischen Oszillator.