вному квантовому станом. Електрони і ядра в такому стані скоюють характерні періодичні руху, для яких енергія, орбітальний момент кількості руху та інші фізичні величини строго визначені і квантованими, тобто приймають лише дозволені дискретні значення, відповідні цілим і напівцілим значенням квантових чисел. Якщо відомі сили, що зв'язують електрони і ядра в єдину систему, то за законами квантової механіки можна розрахувати її рівні енергії і квантові числа, а також передбачити інтенсивності і частоти спектральних ліній. З іншого боку, аналізуючи спектр конкретної системи, можна визначити енергії та квантові числа станів, а також зробити висновки щодо діючих у ній сил. Таким чином, спектроскопія є основним джерелом відомостей про квантово-механічних величинах і про будову атомів і молекул.
В атомі найбільш сильна взаємодія між ядром і електронами обумовлено електростатичними, або кулоновскими силами. Кожен електрон притягається до ядра і відштовхується всіма іншими електронами. Ця взаємодія визначає структуру енергетичних рівнів електронів. Зовнішні електрони, переходячи з рівня на рівень, випускають або поглинають випромінювання в ближній інфрачервоній, видимій і ультрафіолетовій областях. Енергії переходів між рівнями внутрішніх оболонок відповідають вакуумної ультрафіолетової і рентгенівської областям спектра. Більш слабким є вплив електричного поля на магнітні моменти електронів. Це призводить до розщеплення електронних рівнів енергії і, відповідно, кожної спектральної лінії на компоненти. Крім того, ядро, що володіє ядерною моментом, може взаємодіяти з електричним полем орбітальних електронів, викликаючи додаткове сверхтонкое розщеплення рівнів енергії.
При зближенні двох або більше атомів між їх електронами і ядрами починають діяти сили взаємного притягання і відштовхування. Підсумковий баланс сил може привести до зменшення повної енергії системи атомів - в цьому випадку утворюється стабільна молекула. Будова молекули в основному визначається валентними електронами атомів, а молекулярні зв'язки підкоряються законам квантової механіки. У молекулі найбільш часто зустрічаються іонні та ковалентні зв'язки. Атоми в молекулі відчувають безперервні коливання, а сама молекула обертається як ціле, тому у неї виникають нові енергетичні рівні, відсутні в ізольованих атомах. Енергії обертання менше коливальних енергій, а коливальні - менше електронних. Таким чином, в молекулі кожен електронний рівень енергії розщеплюється на ряд близько розташованих коливальних рівнів, а кожен коливальний рівень, в свою чергу, на тісно розташовані обертальні підрівні. У результаті в молекулярних спектрах коливальні переходи мають обертальну структуру, а електронні - коливальну і обертальну. Переходи між обертальними рівнями одного і того ж коливального стану потрапляють у дальню інфрачервону і мікрохвильову області, а переходи між коливальними рівнями одного і того ж електронного стану відповідають за частотами інфрачервоної області. Завдяки розщепленню коливальних рівнів на обертальні підрівні кожен перехід розпадається на безліч колебательно-обертальних переходів, утворюючи смуги. Аналогічно електронні спектри молекул представляють собою ряд електронних переходів, розщеплених тісно розташованими подуровнями коливальних і обертальних переходів.
Оскільки кожен атом є квантовою системою, його властивості, в тому числі частоти та інтенсивності спектральних ліній, можуть бути роз...
