Rotation-vibration spectra of the nitric acid molecule, HNO3, are calculated for wavenumbers up to 7000 cm−1. Calculations are performed using a Hamiltonian expressed in internal curvilinear vibrational coordinates employing a hybrid variational-perturbation method. An initial potential energy surface (PES) and dipole moment function (DMF) are calculated ab initio at the CCSD(T)/aug-cc-pVQZ level of theory. Parameters of the PES and DMF are varied to minimize differences between the calculated and experimental transition frequencies and intensities. The average, absolute deviation between calculated and experimental values is 0.2 cm−1 for frequencies in the fundamental bands and 0.4 cm−1 for those in the first overtone and lowest combination bands. For the intensities, the calculated and experimental values differ by 0.3% and 40% for the fundamentals and overtones, respectively. The optimized PES and DMF are used to calculate the room-temperature ro-vibrational spectrum. These calculation reproduce both the form of the absorption bands and fine details of the observed spectra, including the rotational structure of the vibrational bands and the numerous hot absorption band. Many of these hot bands are found to be missing from the compilation in HITRAN. A room temperature line list comprising 2 × 109 lines is computed.

1.
O.
Ladobordowsky
,
J. Opt.-Nouv. Rev. Opt.
12
,
71
(
1981
).
2.
A.
Goldman
,
F. J.
Murcray
,
R.
Blatherwick
,
J. J.
Kosters
,
D. G.
Murcray
,
C. P.
Rinsland
,
J. M.
Flaud
, and
C.
Camy-Peyret
,
J. Geophys. Res.: Atmos.
97
,
2561
(
1992
).
3.
A.
Goldman
,
C. P.
Rinsland
,
A.
Perrin
, and
J. M.
Flaud
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
60
,
851
(
1998
).
4.
O. V.
Dorofeeva
,
V. S.
Iorish
,
V. P.
Novikov
, and
D. B.
Neumann
,
J. Phys. Chem. Ref. Data
32
,
879
(
2003
).
5.
J. M.
Flaud
,
G.
Brizzi
,
M.
Carlotti
,
A.
Perrin
, and
M.
Ridolfi
,
Atmos. Chem. Phys.
6
,
5037
(
2006
).
6.
S.
Wang
,
R.
Bianco
, and
J. T.
Hynes
,
Comput. Theor. Chem.
965
,
340
(
2011
).
7.
L. S.
Rothman
,
I. E.
Gordon
,
Y.
Babikov
,
A.
Barbe
,
D. C.
Benner
,
P. F.
Bernath
,
M.
Birk
,
L.
Bizzocchi
,
V.
Boudon
,
L. R.
Brown
 et al,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
130
,
4
(
2013
).
8.
A. P.
Cox
and
J. M.
Riveros
,
J. Chem. Phys.
42
,
3106
(
1965
).
9.
J. P.
Chevillard
and
R.
Giraudet
,
J.Phys.
39
,
517
(
1978
).
10.
P. N.
Ghosh
,
C. E.
Blom
, and
A.
Bauder
,
J. Mol. Spectrosc.
89
,
159
(
1981
).
11.
B. J.
Van Der Veken
,
G. H.
Pieters
,
M. A.
Herman
, and
J. R.
Durig
,
J. Mol. Struct.
80
,
467
(
1982
).
12.
A. G.
Maki
and
J. S.
Wells
,
J. Mol. Spectrosc.
108
,
17
(
1984
).
13.
C. R.
Webster
,
R. D.
May
, and
M. R.
Gunson
,
Chem. Phys. Lett.
121
,
429
(
1985
).
14.
T.
Giesen
,
M.
Harter
,
R.
Schieder
,
G.
Winnewisser
, and
K. M. T.
Yamada
,
Z. Naturfors. Sect. A-J. Phys. Sci.
43
,
402
(
1988
).
15.
R. A.
Booker
,
R. L.
Crownover
, and
F. C.
De Lucia
,
J. Mol. Spectrosc.
128
,
306
(
1988
).
16.
R. A.
Booker
,
R. L.
Crownover
,
F. C.
De Lucia
, and
P.
Helminger
,
J. Mol. Spectrosc.
128
,
62
(
1988
).
17.
A.
Goldman
,
J. B.
Burkholder
,
C. J.
Howard
,
R.
Escribano
, and
A. G.
Maki
,
J. Mol. Spectrosc.
131
,
195
(
1988
).
18.
R. L.
Crownover
,
R. A.
Booker
,
F. C.
De Lucia
, and
P.
Helminger
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
40
,
39
(
1988
).
19.
A.
Perrin
,
O.
Ladobordowsky
, and
A.
Valentin
,
Mol. Phys.
67
,
249
(
1989
).
20.
A.
Maki
,
J. Mol. Spectrosc.
136
,
105
(
1989
).
21.
T. L.
Tan
,
E. C.
Looi
,
K. T.
Lua
,
A. G.
Maki
,
J. W. C.
Johns
, and
M.
Noel
,
J. Mol. Spectrosc.
149
,
425
(
1991
).
22.
T. L.
Tan
,
E. C.
Looi
,
K. T.
Lua
,
A. G.
Maki
,
J. W. C.
Johns
, and
M.
Noel
,
J. Mol. Spectrosc.
150
,
486
(
1991
).
23.
T. L.
Tan
,
E. C.
Looi
, and
K. T.
Lua
,
Spectrochim. Acta, Part A
48
,
975
(
1992
).
24.
A. G.
Maki
and
J. S.
Wells
,
J. Mol. Spectrosc.
152
,
69
(
1992
).
25.
A. G.
Maki
,
T. L.
Tan
,
E. C.
Looi
,
K. T.
Lua
,
J. W. C.
Johns
, and
M.
Noel
,
J. Mol. Spectrosc.
157
,
248
(
1993
).
26.
A.
Perrin
,
V.
Jaouen
,
A.
Valentin
,
J. M.
Flaud
, and
C.
Camy-Peyret
,
J. Mol. Spectrosc.
157
,
112
(
1993
).
27.
T. L.
Tan
,
E. C.
Looi
,
K. T.
Lua
,
A. G.
Maki
,
J. W. C.
Johns
, and
M.
Noel
,
J. Mol. Spectrosc.
166
,
97
(
1994
).
28.
A.
Perrin
,
J. M.
Flaud
,
C.
Camy-Peyret
,
B. P.
Winnewisser
,
S.
Klee
,
A.
Goldman
,
F. J.
Murcray
,
R. D.
Blatherwick
,
F. S.
Bonomo
,
D. G.
Muircray
 et al,
J. Mol. Spectrosc.
166
,
224
(
1994
).
29.
A. P.
Cox
,
M. C.
Ellis
,
C. J.
Attfield
, and
A. C.
Ferris
,
J. Mol. Struct.
320
,
91
(
1994
).
30.
L. H.
Coudert
and
A.
Perrin
,
J. Mol. Spectrosc.
172
,
352
(
1995
).
31.
T. L.
Tan
,
W. F.
Wang
,
E. C.
Looi
, and
P. P.
Ong
,
Spectrochim. Acta, Part A
52
,
1315
(
1996
).
32.
E. C.
Looi
,
T. L.
Lan
,
W. F.
Wang
, and
P. P.
Ong
,
J. Mol. Spectrosc.
176
,
222
(
1996
).
33.
T. M.
Goyette
,
L. C.
Oesterling
,
D. T.
Petkie
,
R. A.
Booker
,
P.
Helminger
, and
F. C.
De Lucia
,
J. Mol. Spectrosc.
175
,
395
(
1996
).
34.
C. D.
Paulse
,
L. H.
Coudert
,
T. M.
Goyette
,
R. L.
Crownover
,
P.
Helminger
, and
F. C.
De Lucia
,
J. Mol. Spectrosc.
177
,
9
(
1996
).
35.
W. F.
Wang
,
P. P.
Ong
,
H. F.
Chen
, and
H. H.
Teo
,
J. Mol. Spectrosc.
185
,
207
(
1997
).
36.
W. F.
Wang
,
P. P.
Ong
,
T. L.
Tan
,
E. C.
Looi
, and
H. H.
Teo
,
J. Mol. Spectrosc.
183
,
407
(
1997
).
37.
F.
Keller
,
A.
Perrin
,
J. M.
Flaud
,
J. W. C.
Johns
,
Z.
Lu
, and
E. C.
Looi
,
J. Mol. Spectrosc.
191
,
306
(
1998
).
38.
A.
Perrin
,
Spectrochim. Acta, Part A
54
,
375
(
1998
).
39.
A.
Perrin
,
J. M.
Flaud
,
F.
Keller
,
A.
Goldman
,
R. D.
Blatherwick
,
F. J.
Murcray
, and
C. P.
Rinsland
,
J. Mol. Spectrosc.
194
,
113
(
1999
).
40.
H.
Lucas
and
J. P.
Petitet
,
J. Phys. Chem. A
103
,
8952
(
1999
).
41.
D. T.
Petkie
,
T. M.
Goyette
,
P.
Helminger
,
H. M.
Pickett
, and
F. C.
De Lucia
,
J. Mol. Spectrosc.
208
,
121
(
2001
).
42.
D. T.
Petkie
,
P.
Helminger
,
R. A. H.
Butler
,
S.
Albert
, and
F. C.
De Lucia
,
J. Mol. Spectrosc.
218
,
127
(
2003
).
43.
K. J.
Feierabend
,
D. K.
Havey
, and
V.
Vaida
,
Spectrochim. Acta, Part A
60
,
2775
(
2004
).
44.
A.
Perrin
,
J.
Orphal
,
J.-M.
Flaud
,
S.
Klee
,
G.
Mellau
,
H.
Mader
,
D.
Walbrodt
, and
M.
Winnewisser
,
J. Mol. Spectrosc.
228
,
375
(
2004
).
45.
D. T.
Petkie
,
P.
Helminger
,
M.
Behnke
,
I. R.
Medvedev
, and
F. C.
De Lucia
,
J. Mol. Spectrosc.
233
,
189
(
2005
).
46.
A.
Perrin
and
R.
Mbiake
,
J. Mol. Spectrosc.
237
,
27
(
2006
).
47.
I. M.
Konen
,
E. X. J.
Li
,
M. I.
Lester
,
J.
Vazquez
, and
J. F.
Stanton
,
J. Chem. Phys.
125
,
074310
(
2006
).
48.
D. T.
Petkie
,
M.
Kipling
,
A.
Jones
,
P.
Helminger
,
I. R.
Medvedev
,
M.
Atsuko
,
M.
Behnke
,
B. J.
Drouin
, and
C. E.
Miller
,
J. Mol. Spectrosc.
251
,
358
(
2008
).
49.
L.
Gomez
,
H.
Tran
,
A.
Perrin
,
R. R.
Gamache
,
A.
Laraia
,
J.
Orphal
,
P.
Chelin
,
C. E.
Fellows
, and
J. M.
Hartmann
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
110
,
675
(
2009
).
50.
D. T.
Petkie
,
P.
Helminger
,
I. R.
Medvedev
, and
F. C.
De Lucia
,
J. Mol. Spectrosc.
261
,
129
(
2010
).
51.
A.
Perrin
,
J. Phys. Chem. A
117
,
13236
(
2013
).
52.
L. P.
Giver
,
F. P. J.
Valero
, and
D.
Goorvitch
,
J. Opt. Soc. Am. B
1
,
715
(
1984
).
53.
W. F.
Wang
,
E. C.
Looi
,
T. L.
Tan
, and
P. P.
Ong
,
J. Mol. Spectrosc.
178
,
22
(
1996
).
54.
D. J.
Donaldson
,
J. J.
Orlando
,
S.
Amann
,
G. S.
Tyndall
,
R. J.
Proos
,
B. R.
Henry
, and
V.
Vaida
,
J. Phys. Chem. A
102
,
5171
(
1998
).
55.
C.
Chackerian
,
S.
Sharpe
, and
T.
Blake
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
82
,
429
(
2003
).
56.
R. A.
Toth
,
L. R.
Brown
, and
E. A.
Cohen
,
J. Mol. Spectrosc.
218
,
151
(
2003
).
57.
V. A.
Benderskii
and
E. V.
Vetoshkin
,
Russ. Chem. Bull.
48
,
2029
(
1999
).
58.
D.
Lauvergnat
and
A.
Nauts
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
12
,
8405
(
2010
).
59.
G.
Avila
and
T.
Carrington
, Jr.
,
J. Chem. Phys.
134
(
2011
).
60.
G.
Avila
and
T.
Carrington
, Jr.
,
J. Chem. Phys.
137
(
2012
).
61.
T. J.
Lee
and
J. E.
Rice
,
J. Phys. Chem.
96
,
650
(
1992
).
62.
A. M.
Grana
,
T. J.
Lee
, and
M.
Headgordon
,
J. Phys. Chem.
99
,
3493
(
1995
).
63.
Y.
Miller
,
G. M.
Chaban
, and
R. B.
Gerber
,
Chem. Phys.
313
,
213
(
2005
).
64.
R.
Bianco
,
S.
Wang
, and
J. T.
Hynes
,
J. Phys. Chem. A
111
,
11033
(
2007
).
65.
C.
Gutle
,
J.
Demaison
, and
H. D.
Rudolph
,
J. Mol. Spectrosc.
254
,
99
(
2009
).
66.
M.
Nonella
,
H. U.
Suter
, and
J. R.
Huber
,
Chem. Phys. Lett.
487
,
28
(
2010
).
67.
A. I.
Pavlyuchko
,
S. N.
Yurchenko
, and
J.
Tennyson
, “
Hybrid variational-perturbation method for calculating ro-vibrational energy levels of polyatomic molecules
,”
Mol. Phys.
(published online).
68.
L. A.
Gribov
and
A. I.
Pavlyuchko
,
Variational Methods for Solving Anharmonic Problems in the Theory of Vibrational Spectra of Molecules
(
Nauka
,
Moscow
,
1998
) (in Russian).
69.
J. K. G.
Watson
,
Mol. Phys.
15
,
479
(
1968
).
70.
A. I.
Pavlyuchko
and
L. A.
Gribov
,
J. Appl. Spectrosc.
46
,
82
(
1987
).
71.
S. N.
Yurchenko
,
W.
Thiel
, and
P.
Jensen
,
J. Mol. Spectrosc.
245
,
126
(
2007
).
72.
C. G. J.
Jacobi
,
Crelle’s J.
1846
(
30
),
51
(
1846
) (in German).
73.
J. H.
Wilkinson
,
The Algebraic Eigenvalue Problem
(
Oxford University Press
,
Oxford, UK
,
1965
).
74.
O. L.
Polyansky
,
A. G.
Császár
,
S. V.
Shirin
,
N. F.
Zobov
,
P.
Barletta
,
J.
Tennyson
,
D. W.
Schwenke
, and
P. J.
Knowles
,
Science
299
,
539
(
2003
).
75.
H.-J.
Werner
,
P. J.
Knowles
,
G.
Knizia
,
F. R.
Manby
, and
M.
Schütz
,
WIREs Comput. Mol. Sci.
2
,
242
(
2012
).
76.
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
G.
Scalmani
,
V.
Barone
,
B.
Mennucci
,
G. A.
Petersson
 et al, gaussian 09, Revision D.01, Gaussian, Inc., Wallingford, CT, 2009.
77.
A. N.
Tikhonov
and
V. Y.
Arsenin
,
Bull. Am. Math. Soc. (N.S.)
1
,
521
(
1979
).
78.
L. A.
Gribov
and
V. A.
Dementiev
,
J. Appl. Spectrosc.
56
,
709
(
1992
).
79.
S. N.
Yurchenko
,
M.
Carvajal
,
P.
Jensen
,
F.
Herregodts
, and
T. R.
Huet
,
Chem. Phys.
290
,
59
(
2003
).
80.
L.
Lodi
and
J.
Tennyson
,
J. Phys. B: At., Mol. Opt. Phys.
43
,
133001
(
2010
).
81.
S. W.
Sharpe
,
T. J.
Johnson
,
R. L.
Sams
,
P. M.
Chu
,
G. C.
Rhoderick
, and
P. A.
Johnson
,
Appl. Spectrosc.
58
,
1452
(
2004
).
82.
S. N.
Yurchenko
and
J.
Tennyson
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
440
,
1649
(
2014
).
83.
J.
Tennyson
and
S. N.
Yurchenko
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
425
,
21
(
2012
).
84.
J.
Tennyson
,
C.
Hill
, and
S. N.
Yurchenko
, “
6th international conference on atomic and molecular data and their applications ICAMDATA-2012
,”
AIP Conf. Proc.
1545
,
186
195
(
2013
).
85.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4913741 for initial and refined coefficients of the potential and dipole moment functions.
86.
M.
Pavanello
,
L.
Adamowicz
,
A.
Alijah
,
N. F.
Zobov
,
I. I.
Mizus
,
O. L.
Polyansky
,
J.
Tennyson
,
T.
Szidarovszky
,
A. G.
Császár
,
M.
Berg
 et al,
Phys. Rev. Lett.
108
,
023002
(
2012
).
87.
O. L.
Polyansky
,
R. I.
Ovsyannikov
,
A. A.
Kyuberis
,
L.
Lodi
,
J.
Tennyson
, and
N. F.
Zobov
,
J. Phys. Chem. A
117
,
9633
9643
(
2013
).
88.
L.
Lodi
,
J.
Tennyson
, and
O. L.
Polyansky
,
J. Chem. Phys.
135
,
034113
(
2011
).
89.
A.
Petrignani
,
M.
Berg
,
A.
Wolf
,
I. I.
Mizus
,
O. L.
Polyansky
,
J.
Tennyson
,
N. F.
Zobov
,
M.
Pavanello
, and
L.
Adamowicz
,
J. Chem. Phys.
141
,
241104
(
2014
).
90.
O. L.
Polyansky
,
K.
Bielska
,
M.
Ghysels
,
L.
Lodi
,
N. F.
Zobov
,
J. T.
Hodges
, and
J.
Tennyson
, “
High accuracy CO2 line intensities determined from theory and experiment
,”
Phys. Rev.
(submitted).
91.
A. I.
Pavlyuchko
,
S. N.
Yurchenko
, and
J.
Tennyson
, “
ExoMol line lists XII: A Hot Line List for nitric acid,
” (unpublished).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.