ثنائي الذرة

نموذج ملء الفراغ للجزيء ثنائي الذرة، داي‌نيتروجين، N₂.

الجزيئات ثنائية الذرة هي الجزيئات التى تكونت من ذرتين من نفس العنصر أو من عنصرين مختلفين . العناصر ثنائية الذرة هي التى توجد فقط في حالتها العادية في شكل ثنائي الذرة، وتعرف أيضا على أنها متجانسة ذريا. والأمثلة على ذلك H₂ وكذلك O₂. ويتكون الغلاف الجوي بنسبة 99% تقريبا من جزيئات ثنائية الذرة لعنصري الأكسجين (O₂) والنيتروجين (N₂).

الجدول الدوري يبين العناصر المتواجدة كجزيئات ثنائية الذرة من نفس العنصر في ظروف المعمل النمطية.

كما يتواجد الأكسجين أيضا في شكل ثلاثي الذرات الأوزون (O₃).

العناصر الثنائية الذرة هي: الهيدروجين، الأكسجين، النيتروجين، الهالوجينات وهي: الفلور، الكلور، البروم، اليود، الأستاتين ( ويمكن حفظها بسهولة كالتالى هـ.أ.ن + الهالوجينات ) الأستاتين شديد الندرة في الطبيعة وأكثر نظائره ثباتا له عمر نصف يساوى 8.1 ساعة، وبالتالى فإنه غالبا ما لا يتم عده ضمنهم.

الرابطة الموجودة في الجزيئات المتجانسة ذرياً ليست قطبية على الإطلاق ولكنها 100 % تساهمية

أمثلة للجزيئات الغير متجانسة ذريا أول أكسيد الكربون CO ، أكسيد النيتريك NO .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 حالات الإلكترونات المستثارة

State	Energy ($T_{0}$, cm−1) See note below
$X^{1}\Sigma _{g}^{+}$	0.0
$A^{3}\Sigma _{u}^{+}$	49754.8
$B^{3}\Pi _{g}$	59306.8
$W^{3}\Delta _{u}$	59380.2
$B'^{3}\Sigma _{u}^{-}$	65851.3
$a'^{1}\Sigma _{u}^{-}$	67739.3
$a^{1}\Pi _{g}$	68951.2
$w^{1}\Delta _{u}$	71698.4

 مستويات الطاقة

 الطاقات الانتقالية

The translational energy of the molecule is given by the kinetic energy expression:

$E_{trans}={\frac {1}{2}}mv^{2}$

where $m$ is the mass of the molecule and $v$ is its velocity.

 الطاقات الدورانية

Classically, the kinetic energy of rotation is

$E_{rot}={\frac {L^{2}}{2I}}\,$

where

$L\,$ is the angular momentum

$I\,$ is the moment of inertia of the molecule

For microscopic, atomic-level systems like a molecule, angular momentum can only have specific discrete values given by

$L^{2}=l(l+1)\hbar ^{2}\,$

where $l$ is a non-negative integer and $\hbar$ is the reduced Planck constant.

Also, for a diatomic molecule the moment of inertia is

$I=\mu r_{0}^{2}\,$

where

$\mu \,$ is the reduced mass of the molecule and

$r_{0}\,$ is the average distance between the centers of the two atoms in the molecule.

So, substituting the angular momentum and moment of inertia into E_rot, the rotational energy levels of a diatomic molecule are given by:

$E_{rot}={\frac {l(l+1)\hbar ^{2}}{2\mu r_{0}^{2}}}\ \ \ \ \ l=0,1,2,...\,$

 الطاقات الاهتزازية

Another type of motion of a diatomic molecule is for each atom to oscillate—or vibrate—along the line connecting the two atoms. The vibrational energy is approximately that of a quantum harmonic oscillator:

$E_{vib}=\left(n+{\frac {1}{2}}\right)\hbar \omega \ \ \ \ \ n=0,1,2,....\,$

where

$n$ is an integer

$\hbar$ is the reduced Planck constant and

$\omega$ is the angular frequency of the vibration.

 مقارنة بين فسحات الطاقتين الدورانية والاهتزازية

The spacing, and the energy of a typical spectroscopic transition, between vibrational energy levels is about 100 times greater than that of a typical transition between rotational energy levels.

 حالات هوند

المقالة الرئيسية: Hund's cases

The good quantum numbers for a diatomic molecule, as well as good approximations of rotational energy levels, can be obtained by modeling the molecule using Hund's cases.

 See also

• Symmetry of diatomic molecules
• AXE method
• Octatomic element
• Covalent bond
• Industrial gas

 للاستزادة

• Huber, K. P.; Herzberg, G. (1979). Molecular Spectra and Molecular Structure IV. Constants of Diatomic Molecules. New York: Van Nostrand: Reinhold.
• Tipler, Paul (1998). Physics For Scientists and Engineers : Vol. 1 (4th ed.). W. H. Freeman. ISBN 1-57259-491-8.

 وصلات خارجية

• Hyperphysics – Rotational Spectra of Rigid Rotor Molecules
• Hyperphysics – Quantum Harmonic Oscillator
• 3D Chem – Chemistry, Structures, and 3D Molecules
• IUMSC – Indiana University Molecular Structure Center