Маскевич С.А. Атомная физика.Тестовые задания
Подождите немного. Документ загружается.
191
12.В.11. Две ветви и периодичность расположения полос в ко-
лебательно-вращательном спектре поглощения молекул наблюда-
ются по причине:
а) наличия правил отбора для колебательного квантового чис-
ла (
−=υ∆
);
б) наличия правил отбора для вращательного квантового чис-
ла (
+=∆r
);
в) наличия правил отбора для колебательного квантового чис-
ла (
1+=υ
∆
);
г) наличия правил отбора для вращательного квантового чис-
ла (
−=∆r
);
д) наличия правил отбора для вращательного квантового чис-
ла (
0=∆r );
е) в силу того, что уровни вращательной энергии молекулы
подчиняются формуле
)1( +=
υ
rrBE
r
.
12.В.12. Ангармоничность колебаний дв ух а то мных мо леку л про-
яв ляется в колеба тельно-враща тельных спектрах молеку л в том, что:
а) в центре спектра поглощения имеется чрезвычайно низкой
интенсивности полоса чисто колебательного перехода;
б) полосы вращательной стру ктуры имеют различную интен-
сивность;
в) полосы вращательной ст руктуры не расположены строго
периодично;
г) интервал частот между сос едними полос ами вращатель-
ной структуры непрерывно уменьшается при увеличении часто-
ты поло сы;
д) интервал частот между сос едними поло сами вращатель-
ной структуры непрерывно увеличивается при увеличении часто-
ты поло сы.
12.В.13. Особенностью колебательно-вращательного спектра
поглощения молекул
OH
2
будет:
а) спектр будет очень сложным, так как будут накладываться
частоты 4-х колебаний (колебательных переходов);
б) спектр будет очень сложным, так как будут наблюдаться у
каждой колебательной полосы 3 серии вращательных полос в соот-
ветствии с т ремя моментами инерции (
X
I
,
Y
I ,
Z
I );
в) для жидкости спектр бу дет состоять только из 3-х колеба-
тельных полос;
г) спектр поглощения в силу правил отбора будет отсутствовать;
192
д) спектр поглощения в силу правил отбора будет наблюдать-
ся в видимой области.
12.В.14. О колебательных переходах с излучением можно ска-
зать следующее:
а) такие переходы невозможны;
б) такие переходы в молекулах происходят даже при нормаль-
ном давлении и при комнатной температуре;
в) наблюдать такие переходы можно в ИК области спектра;
г) можно сказать, что в результате таких переходов испуска-
ются кванты теплового излучения;
д) такие пере ходы часто сопровождают электронные переходы.
12.В.15. Колебательно-вращательные спектры поглощения мо-
лекул
CO при 273=T К и 1000=T К имеют следующие от личия:
а) полосы спектра отличаются частотами;
б) полосы спектра отличаются длинами волн;
в) полосы спектра отличаются интенсивностью;
г) интенсивность первых полос при
273=T К для P-ветви
больше, чем при
1000=T К;
д) интенсивность первых полос при
273=T К для
R
-ветви
больше, чем при
1000=T
К.
12.В.16. В процессе колебательного движения двухатомных
молекул межъядерное расстояние:
а) не изменяется;
б) изменяется периодически;
в) только увеличивается;
г) принимает значения от минимального до максимального;
д) только уменьшается.
12.В.17. О нулевых колебаниях молекул можно сказать, что:
а) колебательное движение отсутствует;
б) амплитуда колебаний равна нулю;
в) это колебания при
0=T ;
г) это колебания с минимально возможной амплитудой;
д) это колебания с минимально возможной энергией.
12.В.18. В случае термодинамического равновесия в среде при
комнатной температуре распределение молекул по колебательным
уровням энергии имеет следующие закономерности:
193
а) большинство молекул характеризуется нулевой колебатель-
ной энергией;
б) большинство мо лекул характериз уется ма ксимально возмож-
ной энергией;
в) большинство молекул имеют энергию
kT)23( ;
г) молекулы распределены по колебательным уровням энер-
гии в соответствии с формулой Больцмана;
д) количество молекул монотонно убывает по мере возраста-
ния номера колебательного уровня энергии.
12.В.19. Когда говорят, что молекула находится на определен-
ном колебательном уровне энергии, то при этом имеют в виду, что:
а) потенциальная энергия взаимодействия молекулы с Землей
является константой;
б) потенциальная энергия взаимодействия электронов и ядер
в молекуле является константой;
в) кинетическая энергия движения ядер в молекуле является
константой;
г) внутренняя (потенциальная + кинетическая) энергия моле-
кулы является константой;
д) потенциальная энергия непрерывно переходит в кинетичес-
кую в процессе колебательного движения ядер молекул.
12.В.20. Если молекула совершила переход с колебательного
уровня
2
E на уровень
1
E , то при этом:
а) амплитуда колебаний молекулы уменьшилась;
б) частота колебаний уменьшилась;
в) колебательное квантовое число не изменилось;
г) запас колебательной энергии молекулы уменьшился на
ω ;
д) мог быть испущен фотон с энергией
12
EE − .
Ответы
12.А.1 – б); 2 – а); 3 – б); 4 – а); 5 – в); 6 – б); 7 – а); 8 – а); 9 – а);
10 – а); 11 – а); 12 – б); 13 – а); 14 – а); 15 – б); 16 – б); 17 – а); 18 – а);
19 – б); 20 – в); 21 – б); 22 – а); 23 – б); 24 – а); 25 – б); 26 – а); 27 – а);
28 – б); 29 – а); 30 – а); 31 – б); 32 – а); 33 – б); 34 – а); 35 – б); 36 – в).
12.Б.1 – гармоническими; 2 – параболы; 3 – гармонического
осциллятора; 4 – 3·10
13
; 5 – четной; 6 – уменьшается; 7 – 1, 3, 7; 8 –
2 и 1; 9 – ИК; 10 – любой; 11 – дипольным моментом; 12 – стоксовой;
13 – отс утствует; 14 – 2340; 15 – 10; 16 – 1600; 17 – 4; 18 – 7; 19 –
194
уменьшить; 20 – КР; 21 – гармонического осциллятора; 22 – нечет-
ной; 23 – 4; 24 – 4; 25 – поляризуемостью; 26 – 2480.
12.В.1 – б), д); 2 – а), б), в), г); 3 – а), б), д); 4 – б), д); 5 – а), в), г),
д); 6 – б), г); 7 – б), г), е), з); 8 – а), б), г), д); 9 – а), б), г), д); 10 – в), д);
11 – б), в), г), е); 12 – а), в), г); 13 – б), в); 14 – б), в), г), д); 15 – в), г),
д); 16 – б), г); 17 – в), г), д); 18 – а), г), д); 19 – г), д); 20 – а), г), д).
13. Электронные состояния и электронные переходы
в молекулах
При изучении данной темы следует обратить внимание на то,
что описание электронных состояний двухатомных молекул прин-
ципиально не отличается от такового для атомов. В основу положе-
ны традиционные подходы, основанные на решении уравнения
Шредингера с учетом того, что электрон находится в электричес-
ком поле нескольких ядер. По причине перехода от сферической
симметрии поля к оксиальной симметрии частично снимается вы-
рождение по магнитному квантовому числу, и оно для молекул
играет примерно такую же функцию, как азимутальное квантовое
число для атомов. Именно квантовое число
m=Λ положено в ос-
нову систематик молекулярных электронных оболочек, электрон-
ных состояний и электронных переходов. Поэтому модель одно-
электронного приближения в случае молекул используется так же,
как и для атомов.
Ключевым понятием в данной модели является понятие орби-
тали и спин-орбитали. Особым проявлением квантовых свойств
электронов и коллективных эффектов являются обменные взаимо-
действия, определяющие основные специфические свойства кова-
лентной химической связи. Важно видеть связь между спиновым
состоянием элект ронов и симметрией волновых функций. Для по-
нимания, а, следовательно, для расшифровки электронно-колеба-
тельных спектров (спектров поглощения и люминесценции) моле-
кул необходимо хорошо понимать принцип Франка-Кондона как
элемента модели адиабатиче ского приближения, основанной на
существенном различии масс электронов и ядер.
Представленные ниже тестовые задания ориентированы на
выявление базовых знаний природы ковалентной химической свя-
зи, систематики электронных состояний и электронных переходов,
195
о собенностей природы явлений люминесценции, понимание сути
принципа Франка-Кондона и умение использовать его для анализа
электронно-колебательных спектров молекул.
13.А.1. Приближение ионной или ковалентной связи приме-
нимо для всех молекул.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.2. Квантовые свойства электронов, образующих химичес-
кую связь, в большей степени проявляются в случае ионной связи,
чем ковалентной.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.3. Можно условно разделить все электроны в молекуле
на связывающие, которые находятся на молекулярных электронных
оболочках, и несвязывающие, которые находятся на атомных элек-
тронных оболочках.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.4. Движение валентных электронов в молекуле удобно
описывать в сферической системе координат.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.5. Если волновая функция, описывающая состояние ва-
лентных электронов, представлена в виде произведения координат-
ной части на спиновую, то при этом учитывается спин-орбиталь-
ное взаимодействие.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.6. Суть метода линейной комбинации атомных орбита-
лей состоит в том, что координатную часть волновой функции, опи-
196
сывающую состояние валентных электронов молекулы, представ-
ляют в виде линейной комбинации атомных орбиталей.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.7. Для электронных состояний молекул координатная и
спиновая части волновой функции должны быть симметричными
или антисимметричными.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.8. В результате перекрытия атомных орбиталей будут
образовываться или связывающие, или разрыхляющие молекуляр-
ные орбитали.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.9. Правомерно по своей сути выражение: «В результате
перекрытия волновых функций валентных электронов атомов воз-
можно образование как интерференционного максимума, так и
минимума, при этом первое состояние является связывающим, а
второе – разрыхляющим».
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.10. С точки зрения мультиплетности, связывающее со-
стояние является триплетным, а разрыхляющее – синглетным.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.11. Электронное связывающее состояние молекул опи-
сывается симметричной, а разрыхляющее – антисимметричной
функцией координат.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
197
13.А.12. Связывающее триплетное состояние имеет энергию
меньше, чем связывающее синглетное.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.13. Вследствие суперпозиции
s
-ат о мных состо яний могут
быть образ ов аны
π
- и
*
π
-молеку лярные элек тронные состо яния.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.14. Вследствие суперпозиции
p
-ат о мных состо яний могут
быть образ ов аны
σ
- и
*
σ
-молеку лярные э лектронные состо яния.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.15. Основные электронные состояния молекул
2
H ,
2
N
синглетные.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.16. Основное э лектронное состо яние молекул
2
O синг летное.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.17. Молекула
2
He неустойчива, потому что в ней запол-
нены как
σ, так и
*
σ
электронные оболочки.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.18. Возбужденные электронные состо яния молекул могут
образовыв аться путем перехода одного из электронов из заполнен-
ной ат омной электронной оболочки на в акантную молекулярную.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
198
13.А.19. Возбужденные электронные состояния молекул мо-
гут образовываться путем перехода одного из электронов из запол-
ненной валентной молекулярной оболочки на вакантную молеку-
лярную.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.20. Если основное электронное состояние молекулы син-
глетное (например,
2
Сl
), то возбужденное состояние этой молеку-
лы может быть триплетным.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.21. В случае
σ
-разрыхляющей оболочки все 4 электрона
могут иметь одинаковую ориентацию спина.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.22. При электронном переходе обязательно изменяется
колебательная энергия молекулы.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.23. Если рассмотреть кривую зависимости потенциаль-
ной энергии молекулы для основного и возбужденного электрон-
ных состояний молекулы, то можно обнаружить, что минимум кри-
вой при электронном возбуждении смещается влево.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.24. Энергия диссоциации молекулы для возбужденного
электронного состояния может быть больше, чем для основного
состояния.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
199
13.А.25. Межъядерные расстояния в молекуле при электрон-
ном переходе изменятся.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.26. Максимум спектра флуоресценции может быть более
длинноволновым, чем максимум спектра поглощения для одной и
той же молекулы.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.27. Квант, соответствующий спект ру флуоресценции,
может иметь энергию большую, чем квант света, принадлежащий
спектру поглощения этой молекулы.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.28. Фосфоресценция, в отличие от флуоресценции, свя-
зана с переходами молекул из возбужденных триплетных состоя-
ний в основное синглетное и по этому характеризуется большой
длительностью послесвечения.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.29. Квант флуоресценции обязательно испускается из
нулевого колебательного подуровня.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.30. Вращательную структуру можно наблюдать в спект-
рах флуоресценции молекул.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
200
13.А.31. Флуоресценция являет ся термиче ски равновесным
излучением.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.32. Когда определяют электронную энергию молекулы,
то взаимодействие между электронами не учитывают.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.33. Для определения электронных состояний молекул
модель одноэлектронного приближения и понятие спин-орбиталей
неприменимы.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.34. Энергия триплетного возбужденного состояния мо-
лекулярного иона водорода меньше, чем синглетного.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.35. Энергия триплетного возбужденного состояния мо-
лекулы водорода меньше, чем синглетного.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.36. Может ли иметь место явление гибридизации атом-
ных орбиталей при образовании молекулы?
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
13.А.37. Вс е четыре химические -связи в молекуле
равноценны, то есть их энергии одинаковы.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.