Займёмся вращательной свободной энергией. Если температура настолько велика, что , то вращательная статсумма может быть заменена интегралом

Здесь e(M) – выражение кинетической энергии вращения как функции момента вращения М.

Отсюда свободная энергия

Таким образом, при рассматриваемых не слишком низких температурах вращательная часть теплоёмкости оказывается постоянной и равной в соответствии с общими результатами классического рассмотрения. Вращательная часть химической постоянной равна . Существует значительная область температур, в которой выполняется и в то же время колебательная часть свободной энергии, а вместе с нею и колебательная часть теплоёмкости отсутствуют. В этой области теплоёмкость двухатомного газа равна , т.е. , , а химическая постоянная .

В предельном случае низких температур достаточно сохранить два

первых члена суммы:

В том же приближении для свободной энергии:

Энтропия:

И, наконец, теплоёмкость:

Двухатомный газ с молекулами из

одинаковых атомов. Вращение молекул.

Двухатомные молекулы, состоящие из одинаковых атомов, обладают специфическими особенностями, что приводит к необходимости изменить полученные выше формулы.

Прежде всего, остановимся на высокотемпературном случае в классическом рассмотрении. Благодаря тому, что ядра одинаковы, две взаимно противоположные ориентации оси молекулы соответствуют теперь одному и тому же физическому состоянию молекулы. Поэтому классический статистический интеграл (**) должен быть разделён пополам, и приведёт к изменению химической постоянной, которая теперь равна .

Исчезнет также и множитель 2 в аргументе логарифма (***).

Фактически этот вопрос нас интересует в применении к изотопам водорода ( и ), и ниже везде будем иметь в виду именно эти газы. Требование квантовомеханической симметрии по ядрам приводит к тому, что у электронного терма (нормальный терм молекулы водорода) вращательные уровни с чётными и нечётными значениями К обладают различными ядерными кратностями вырождения: уровни с чётными (нечётными) К осуществляются лишь при чётном (нечётном) суммарном спине обоих ядер и имеют относительные кратности вырождения

при полуцелом спине ядер i , или

при целом i.

Для водорода принята терминология, согласно которой молекулы, находящиеся в состояниях с большим ядерным статистическим весом , называют молекулами ортоводорода, а в состояниях с меньшим весом – молекулами параводорода. Таким образом, для молекул и имеем следующие значения статистических весов: