分子光谱学
选择定则
在一种棋盘游戏里,并非每一格都能在一步之内到达——规则规定你可以走一格,或者像马那样跳,但有些走法你就是不能走。分子在试图通过吸收或发射光来改变能级时,也面临同样的限制。选择定则就是「哪些跃迁被允许、哪些被禁止」的清单,它提前告诉你,光谱中究竟会出现哪些谱线。
选择定则是一组条件,由量子力学和分子的对称性导出,用来判定两个能级之间某个特定的跃迁能否通过吸收或发射光子来发生。被允许的跃迁很强、清晰可见;被禁止的跃迁概率基本为零,即使两个能级都存在,也不会产生可见的谱线。这些规则通常表述为简单的陈述——例如,振动必须改变偶极矩才能吸收红外,又如转动态每次只能改变一格。
它们之所以重要,是因为它们解释了光谱的实际样貌:为什么某些本应出现的谱线不见了,以及为什么每种技术对某些运动「视而不见」。诚实的细微之处在于:「禁止」很少意味着不可能——它意味着非常弱。当理想化的假设稍有破裂时,微弱的禁戒线确实会出现,而这本身就是关于分子更精细结构的有用线索。
氧气和氮气占了空气的大部分,却都不吸收红外,所以它们不像二氧化碳那样使地球变暖。原因正是一条选择定则:它们完全对称的伸缩不引起偶极矩的变化,因此那个振动是红外禁戒的,对「捕热机制」始终隐形。
哪些跃迁被允许,决定了光谱能显示出哪些谱线。
不同的技术有不同的选择定则,这正是它们互补的原因:一个红外禁戒的振动,在拉曼里可能完全被允许。在一种光谱里缺席的谱线,往往在另一种里现身并提供信息。
又称
另见