“Молекулярные спектры”
Часть1. Общие характеристики спектров.
Часть2. Электронные спектры поглощения молекул.
Часть3. Колебательные спектры поглощения молекул.
Часть 1. Общие характеристики спектров. Теоретический минимум.
· Энергия спектрального перехода.
· Энергетические характеристики.
· Диапазоны излучения и области молекулярной спектроскопии.
Спектральный переход в атоме или в молекуле вызван поглощением или испусканием электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение состоит из частиц-фотонов, не имеющих массы покоя. Энергия фотона E определяется частотой излучения и равна Eh Коэффициент пропорциональности - константа Планка, равная h=6.627´10-34 Дж×с=6.627´10-27 эрг×с. Поглощение фотона приводит к возбуждению атома или молекулы с более низкого уровня E на более высокий энергетический уровень E*. Баланс энергии при переходе описывается уравнением Планка-Эйнштейна
.
Уровни дискретны, и поглощаемые энергии также дискретны.
Поэтому регистрируемые частоты образуют также дискретное множество, и их можно нумеровать индексами уровней:
.
В большинстве молекулярных спектрах в первую очередь проявляется переход с основного на первый возбуждённый уровень. Единицы измерения энергии диктуются возможностями наиболее точной калибровки регистрирующего устройства.
В области оптической спектроскопии излучение разделяют с помощью дифракционных решёток, призм, линз. Очень хорошо разработаны способы точного измерения длин волн. Поэтому и энергию излучения принято калибровать в таких единицах, которые наиболее соответствуют конкретной экспериментальной технике. Такой единицей является обратная длина волны 1/. Её называют волновым числом и обозначают .
Вся накопленная до настоящего времени информация об энергиях переходов выражается в обратных сантиметрах (см-1). Этим обстоятельством диктуется выбор системы единиц. Удобна система СГС (сантиметр, грамм, секунда). Единица энергии в ней ЭРГ.
Связь длины волны с частотой обратно пропорциональная, а с волновым числом прямо пропорциональная, константа пропорциональности – скорость света c=3´1010см/с=3´108м/с:
.
Отсюда уравнение Планка –Эйнштейна можно представить в виде
На этом основании можно уровни энергии непосредственно выразить в единицах волнового числа. Так поступают в атомной спектроскопии.
Если измерено волновое число спектрального перехода, то одно из равенств даёт
Следуя этой формуле, уровни энергии можно выразить в единицах волнового числа. Для этого следует разделить их на скорость света и константу Планка
Так поступают в атомной спектроскопии.
Уровни энергии, выраженные в единицах волнового числа, называют спектральными термами. Это величины Tn и Tm .
Электронные переходы в молекулах осуществляются ориентировочно в области значений волновых чисел порядка 104 см-1.
Длины волн такого излучения лежат в диапазоне 10-4¸10-5 см.
Это сотни нанометров (1 нм=10-9м=10´10-8см=10 A0).
Область цветного зрения человека охватывает длины волн 400-700 нм. ............
