Молекулярна спектроскопія

ПЛАН

Спектроскопія

Спектри поглинання, випромінювання і розсіювання

Основні характеристики енергетичних рівнів і молекулярних систем

Населеність енергетичних рівнів

Квантування моментів кількості руху і їх проекцій

Форма, положення і інтенсивність смуг в молекулярних спектрах

Види руху у молекулі і типи молекулярних спектрів

Спектроскопія

Спектроскопія – це розділ фізики, що вивчає закономірності взаємодії електромагнітної радіації з речовиною, яка супроводжується процесом поглинання, випромінювання і розсіювання світла.

Із спектроскопічних даних можна одержати інформацію, як про структуру і властивості молекул, так і про сили міжмолекулярної взаємодії, а відповідно про будову речовини в цілому.

В розвитку спектроскопії як методу дослідження речовин можна виділи два основних етапи – до і після 1913 р.

Перший етап – це період емпіричного накопичення фактів – розкладання білого світла у спектр, зв’язок між поглинаючою і випромінюючою властивістю речовини (Кіргоф, 1895 р.), вплив на спектральні лінії зовнішніх магнітних і електричних полів (Зеєман, 1896 р.), а також спроб теоретичного опису і інтерпретації експериментальних залежностей (класична теорія поглинання і дисперсії) – друга половина ХІХ ст.

Другий етап, що розпочався після формулювання Бором в 1913 р. квантових постулатів і бурхливого розвитку квантової теорії, що послідувала після. В цей період спектроскопія поставлена на міцну наукову базу.

Стаціонарні стани, рівні енергії і переходи між ними. Сучасна спектроскопія повністю базується на квантовій теорії, в основі якої лежать фундаментальні квантові закони, що визначають властивості атомів і молекул. У відповідності з першим постулатом Бора , будь-яка атомна або молекулярна система є стійкою лише в певних стаціонарних станах, яким відповідає деяка дискретна (перервна або неперервна) послідовність енергії Е системи. Будь-яка зміна цієї енергії зв’язана із скачкоподібним переходом системи з одного стаціонарного стану в інший. Для конкретних систем послідовність значень енергії Е може бути або цілком дискретною, або цілком неперервною, або частково дискретною і частково неперервною.

По аналогії з поняттям потенціальної енергії тіла піднятого на різну висоту (рівень) в квантовій механіці і спектроскопії прийнято використовувати термін – рівень енергії , або ”енергетичний ” рівень . Це поняття можна проілюструвати графічно так (мал. ).

Е ______________ Е_n

______________ E_n–1

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Мал. . Схема енергетичних

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ рівнів системи.

______________ E₃

______________ E₂

______________ E₁

Найнижчий рівень енергії називається основним або нормальним , всі інші – збудженими рівнями .

Переходи атомної або молекулярної системи з одного стану в інший пов’язаний, або з одержанням, або з віддачею енергії. Такі переходи можуть бути двох типів.

1. Радіаційні переходи – при яких атом або молекула поглинають, випромінюють або розсіюють електромагнітну радіацію.

2. Нерадіаційні переходи – при яких проходить обмін енергії даної системи з якими-небудь іншими системами.

Ці процеси зручно представляти графічно з допомогою стрілок: радіаційні переходи – прямими стрілками, нерадіаційні – вигнутими або хвильовими.

Мал. . Схема зображення радіаційних і нера-діаційних переходів.

Предметом вивчення у спектроскопії є радіаційні переходи .

Електромагнітне випромінювання пов’язане з переходом атомної або молекулярної системи з одного стаціонарного стану в інший є монохроматичним . Його частота визначається співвідношенням:

,

h – стала Планка; Е_і і Е_j – енергії комбінуючих рівнів.

Це співвідношення дозволяє визначити першу важливішу характеристику квантового переходу – положення відповідної спектральної лінії або поділки в шкалі енергій переходів . У зв’язку з цим можна дати таке визначення спектроскопії: спектроскопія – це фізичний метод дослідження , який дозволяє одержати відомості про стаціонарні стани атомів і молекул на основі вивчення переходів між цими станами.

Так, в залежності від природи комбінуючих енергетичних рівнів при квантових переходах може змінюватись характер різних видів в молекулі: її обетання як цілого, взаємного розміщення атомів у молекулі (коливний рух) і розподіл електронної густини (рух електронів).

Спектри поглинання, випромінювання і розсіювання

При розгляді переходів між енергетичними рівнями атома або молекули ми нічого не говорили про фізичний зміст напрямку стрілок, що описують ці переходи. В той же час це питання має важливе значення.

Якщо в процесі квантового переходу енергія передається від поля електромагнітної радіації до системи, що вивчається, то енергія системи зростає, тобто відбувається поглинання енергії атомом або молекулою . Навпаки, якщо при переході проходить віддача кванта енергії системою електромагнітному полю, то проходить процес випромінювання енергії . Поглинання енергії на схемі позначається вертикальними стрілками, направленими вверх, а випромінюв

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать