분자를 구성하는 핵이 질량중심으로 회전과 진동을 함께 하고 있으므로 이들을 종합적으로 고려해야 한다. 따라서 전체 에너지는 \[ E_{\mathrm{rot-osc}} = \frac{j(j+1)\hbar^2}{2I} + \left( n + \frac{1}{2} \right) \hbar \omega \] 이다. 여기서 진동의 여러 가지 모드가 있는 경우에는 각각 여러 값의 $\omega$가 있을 수 있고, 아울러 회전의 경우에도 주축에 대한 세 가지의 관성모멘트가 있을 수도 있어 $I$도 최대한 세 값이 있을 수 있다.
아래 그림은 오직 2개의 원자로 구성된 이원자 분자의 의한 회전-진동 에너지 준위를 나타내고 있다. 아울러 이들 사이의 전이에 의해 방출되는 빛의 스펙트럼을 보여주고 있다. 이원자 분자는 진동의 모드와 회전 모드는 한 가지로서 가장 단순한 스펙트럼을 갖는다.
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회전-진동 에너지 준위_ 가장 단순한 분자인 이원자 분자의 회전 및 진동의 에너지 준위와 이들 사이에서 방출되는 스펙트럼을 나타낸다.
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분자의 에너지 준위_ 분자의 에너지 준위는 전자에 의한 것, 진동에 의한 것, 회전에 의한 것이 복합적으로 작용하고 있다.
진동-회전 및 전자에 의한 스펙트럼
분자의 진동이나 회전은 원자핵의 운동에 의한 것이다. 덧붙여 전자의 분포도 에너지를 결정한다. 따라서 분자의 스펙트럼은 이들 세 요소가 복합적으로 어우러져 나타나게 된다. 이 중에서 전자의 상태가 만드는 에너지 준위는 간격이 수 eV 정도이므로 진동이나 회전의 그것에 비하여 월등히 큰 값을 가지고 있다. 따라서 회전만 있을 때는 마이크로파나 원적외선, 진동만일 때는 근적외선의 전자기파를 내는 데 비하여 전자의 전이는 가시광선이나 자외선 영역의 빛을 발생한다. 따라서 전자의 전이에다 진동이 어우러져 스펙트럼의 미세구조가 생길 수 있다.
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