Phân tử lưỡng nguyên tử gồm hai hạt nhân nguyên tử và một số electron nào đấy chuyển động trong từ trường của hạt nhân này. Ta giả sử khằng khoảng cách giữa các hạt nhân là không đổi và coi nhưđứng yên, ta nghiên cứu chuyển động của các electron trong trường của các hạt nhân đứng yên ấy. Kết quả là tìm được các mức năng lượng electron ứng với các trạng thái electron trong phân tử. Sau đó sẽ xét tới chuyển động của các hạt nhân đối với nhau và chuyển động của toàn phân tử.
1.CÁC TRẠNG THÁI ELECTRON:
Trạng thái các electron trong phân tửđược coi tương tự như trạng thái của các electron trong nguyên tử, tức là chúng cũng dựa vào Spin toàn phần và Mômen quỹđạo toàn phần của nó.
2.SỰ QUAY CỦA CÁC PHÂN TỬ.
Phân tử có thể quay quanh trục đối xứng của nó và năng lượng quay được xác định bằng biểu thức:
(2-1)
Trong đó: L là mômen xung lượng của phân tử; I là mômen quán tính của phân tử. Do đó có thể viết biểu thức cho mômen đông lượng của phân tử:
(2-2) Với ; l = 0,1,2,…
Từđó các mức năng lượng quay của phân tử là: (2-3)
Năng lượng quay của phân tử nhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng của trạng thái electron: Vì rằng mômen quán tính I của phân tử có trị số lớn.
Ví dụ: phân tử Hydrô ta có:
Còn các năng lượng của trạng thái electron vào cỡ vài electron-vôn.
3.SỰ DAO ĐỘNG CỦA CÁC PHÂN TỬ:
Để có trạng thái bền vững của phân tử, thế năng U(R) là hàm của khoảng cách R giữ các nguyên tử, phải có cực tiểu.
Khoảng cách R0 tương ứng với cực tiểu của thế năng là khoảng cách giữa các nguyên tửở trạng thái cân bằng bền. Khi khoảng cách giữa các nguyên tử thay đổi sẽ sinh ra các lực có xu hướng khôi phục lại trạng thái cân bằng này. Những lực này cùng với lực quán tính làm cho các nguyên tử trong phân tử dao động quanh vị trí cân bằng. Sơđồ các mức năng lượng dao động của phân tử lưỡng nguyên tửđược biểu diễn trên hình vẽ.
Ở gần đáy hố thế các mức năng lượng coi như cách đều nhau và tính theo công thức:
Càng xa đáy hố các mức năng lượng càng sít nhau và khi ra khỏi hố thế các trạng thái liên kết của hai nguyên tử trở thành liên tục nghĩa là khoảng cách giữa các mức năng lượng bằng 0.