Regole di selezione per lo spettroscopia molecolare: molecole simmetriche e molecole lineari

Le regole di selezione per la spettroscopia molecolare sono condizioni che devono essere soddisfatte dagli stati iniziale e finale di un sistema affinché si possa verificare una transizione energetica. Queste regole forniscono istruzioni sulle transizioni consentite e sulle linee che possono essere osservate in uno spettro.

Secondo la meccanica classica, una molecola deve avere un dipolo oscillante a una certa frequenza per interagire con il campo elettromagnetico e assorbire o emettere un fotone di quella frequenza. Pertanto, una regola di selezione fornisce indicazioni sulle caratteristiche che una molecola deve avere per produrre uno spettro.

Ad esempio, la regola di selezione per la rotazione richiede che la molecola abbia un momento di dipolo elettrico permanente, quindi solo le molecole polari possono produrre uno spettro rotazionale.

Molecole simmetriche

Anche le molecole simmetriche come il biossido di carbonio e l’etene, e tutte le molecole biatomiche con legami omopolari, non presentano uno spettro rotazionale. Ciò è giustificato dalla meccanica classica, in cui una molecola con un dipolo elettrico permanente sembra avere un dipolo fluttuante, inducendo oscillazioni nel campo elettromagnetico circostante.

Molecole lineari

Le regole di selezione possono essere ricavate dalla quantomeccanica, in particolare per le molecole lineari in cui ΔJ = ∓1. I fotoni, non avendo massa, possiedono un momento angolare.

Momento angolare

Le transizioni spettroscopiche si basano sulla conservazione del momento angolare. Dopo l’assorbimento o l’emissione del fotone, il momento angolare totale deve essere conservato. La variazione consentita del numero quantico J, dovuta al momento angolare intrinseco del fotone, è ristretta a ∓ 1 unità per la conservazione del momento angolare. Questo implica che la transizione è possibile solo tra livelli adiacenti e che il fotone deve entrare o uscire dalla molecola in una direzione specifica.

Per i rotori sferici, si ha ΔK = 0, indicando che la variazione della componente del momento angolare rispetto all’asse è nulla.

In conclusione, le regole di selezione per la spettroscopia molecolare sono fondamentali per comprendere le transizioni energetiche e le linee spettrali osservabili, e si basano su concetti della meccanica classica e quantomeccanica.