Alohida atomlarning nurlanishiga mos keladigan spektrlardan tashqari, butun molekulalar chiqaradigan spektrlar ham kuzatiladi (§ 61). Molekulyar spektrlar tuzilishi jihatidan atom spektrlariga qaraganda ancha xilma-xil va murakkabroqdir. Bu erda atomlarning spektral qatoriga o'xshash, lekin boshqa chastota qonuniga ega bo'lgan va ular uzluksiz bandlarga birikadigan juda yaqin joylashgan chiziqlar bilan siqilgan chiziqlar ketma-ketligi kuzatiladi (279-rasm). Ushbu spektrlarning o'ziga xos xususiyati tufayli ular chiziqli deb ataladi.

Guruch. 279. Chiziqli spektr

Shu bilan birga, bir qarashda, har qanday naqshlarni o'rnatish qiyin bo'lgan, bir xil masofada joylashgan spektral chiziqlar ketma-ketligi va nihoyat, ko'p chiziqli spektrlar kuzatiladi (280-rasm). Shuni ta'kidlash kerakki, vodorod spektrini o'rganishda biz doimo atom spektrida Ha molekulyar spektrining superpozitsiyasiga ega bo'lamiz va alohida vodorod atomlari chiqaradigan chiziqlarning intensivligini oshirish uchun maxsus choralar ko'rish kerak.

Guruch. 280. Vodorodning molekulyar spektri

Kvant nuqtai nazaridan, atom spektrlarida bo'lgani kabi, molekula bir turg'un energiya darajasidan ikkinchisiga o'tganda molekulyar spektrning har bir chizig'i chiqariladi. Ammo molekula holatida statsionar holatning energiyasi bog'liq bo'lgan yana ko'p omillar mavjud.

Ikki atomli molekulaning eng oddiy holatida energiya uch qismdan iborat: 1) molekulaning elektron qobig'ining energiyasi; 2) molekulani tashkil etuvchi atomlar yadrolarining ularni tutashtiruvchi to'g'ri chiziq bo'ylab tebranish energiyasi; 3) yadrolarning umumiy massa markazi atrofida aylanish energiyasi. Har uch turdagi energiya kvantlangan, ya'ni ular faqat diskret qiymatlar qatorini qabul qilishi mumkin. Molekulaning elektron qobig'i molekulani tashkil etuvchi atomlarning elektron qobiqlarining birlashishi natijasida hosil bo'ladi. Cheklovchi holat sifatida molekulalarning energiya elektron holatlarini ko'rib chiqish mumkin

molekulani tashkil etuvchi atomlarning atomlararo o'zaro ta'siridan kelib chiqqan juda kuchli Stark effekti. Atomlarni molekulalarga bog'laydigan kuchlar sof elektrostatik xususiyatga ega bo'lsa-da, kimyoviy bog'lanishni to'g'ri tushunish faqat zamonaviy to'lqin-mexanik kvant nazariyasi doirasida mumkin bo'ldi.

Ikki xil molekula mavjud: gomeopolar va geteropolyar. Yadrolar orasidagi masofa ortishi bilan gomeopolyar molekulalar neytral qismlarga parchalanadi. Gemopolyar molekulalar tarkibiga geteropolyar molekulalar kiradi, chunki yadrolar orasidagi masofa ortib, musbat va manfiy ionlarga parchalanadi. Oddiy misol heteropolyar molekulalar tuzlarning molekulalari, masalan, va hokazo (I jildi, § 121, 130, 1959; oldingi nashrda, 115 va 124-§ va II jild, 19, 22, 1959; oldingi nashrda. 21 va 24-§).

Gomeopolyar molekula elektron bulutining energiya holatlari ko'p darajada elektronlarning to'lqin xossalari bilan belgilanadi.

Keling, eng oddiy molekulaning (bir-biridan yaqin masofada joylashgan va "to'siq" bilan ajratilgan ikkita potentsial "teshik" ni ifodalovchi ionlangan vodorod molekulasi) juda qo'pol modelini ko'rib chiqaylik (281-rasm).

Guruch. 281. Ikki potentsial teshik.

Guruch. 282. Uzoq “quduqlar” holatida elektronning to‘lqin funksiyalari.

"Teshiklar" ning har biri molekulani tashkil etuvchi atomlardan birini ifodalaydi. Atomlar orasidagi masofa katta bo'lganligi sababli, ularning har biridagi elektron "quduqlar" ning har biridagi doimiy elektron to'lqinlariga mos keladigan kvantlangan energiya qiymatlariga ega (§ 63). Shaklda. 282, a va b, ajratilgan atomlarda joylashgan elektronlarning holatini tavsiflovchi ikkita bir xil to'lqin funktsiyasi tasvirlangan. Ushbu to'lqin funktsiyalari bir xil energiya darajasiga mos keladi.

Atomlar molekula hosil qilish uchun birlashganda, "teshiklar" orasidagi "to'siq" "shaffof" bo'ladi (§ 63), chunki uning kengligi elektron to'lqin uzunligiga mutanosib bo'ladi. Buning natijasida mavjud

atomlar o'rtasida "to'siq" orqali elektron almashinuvi va elektronning u yoki bu atomga tegishliligi haqida gapirishning ma'nosi yo'q.

To'lqin funksiyasi endi ikkita ko'rinishga ega bo'lishi mumkin: c va d (283-rasm). c holatni taxminan a va b egri chiziqlarni qo'shish natijasi sifatida ko'rish mumkin (282-rasm), holatni a va b o'rtasidagi farq sifatida, lekin c va d holatlarga mos keladigan energiyalar endi bir-biriga to'liq teng emas. Davlatning energiyasi davlat energiyasidan bir oz kamroqdir, shuning uchun har bir atom darajasidan ikkita molekulyar elektron daraja paydo bo'ladi.

Guruch. 283. Yaqin «quduqlar» holatida elektronning to'lqin funktsiyalari.

Hozirgacha biz bitta elektronga ega bo'lgan vodorod molekulasining ioni haqida gapirdik. Neytral vodorod molekulasi ikkita elektronga ega, bu ularning spinlarining nisbiy pozitsiyalarini hisobga olish zarurligiga olib keladi. Pauli printsipiga ko'ra, parallel spinli elektronlar bir-biridan "qochadi", shuning uchun har bir elektronni topish ehtimoli zichligi shaklga muvofiq taqsimlanadi. 284, a, ya'ni elektronlar ko'pincha yadrolar orasidagi bo'shliqdan tashqarida joylashgan. Shuning uchun parallel spinlar bilan barqaror molekula hosil bo'lmaydi. Aksincha, antiparallel spinlar yadrolar orasidagi bo'shliq ichida har ikkala elektronni topishning eng yuqori ehtimoliga to'g'ri keladi (294-rasm, b). Bunday holda, manfiy elektron zaryad ham musbat yadrolarni o'ziga tortadi va butun tizim bir butun sifatida barqaror molekula hosil qiladi.

Geteropolyar molekulalarda elektron zaryad zichligini taqsimlash sxemasi ancha klassik xarakterga ega. Elektronlarning ortiqcha qismi yadrolardan birining yonida guruhlangan bo'lsa, ikkinchisining yonida, aksincha, elektronlar etishmasligi mavjud. Shunday qilib, molekulada bir-biriga tortiladigan musbat va manfiy ikkita ion hosil bo'ladi: masalan, va

Molekulalarning elektron holatlarining ramziyligi atom simvolizmi bilan juda ko'p o'xshashliklarga ega. Tabiiyki, molekulada asosiy rolni yadrolarni bog'laydigan o'qning yo'nalishi o'ynaydi. Bu erda atomdagi I ga o'xshash A kvant raqami kiritiladi. Kvant soni molekulaning elektron bulutining hosil bo'lgan orbital impulsining molekula o'qiga proyeksiyasining mutlaq qiymatini tavsiflaydi.

Molekulyar elektron holatlarning qiymatlari va belgilari o'rtasida atomlardagiga o'xshash moslik mavjud (§ 67):

Elektron bulutining hosil bo'lgan spinining molekula o'qiga proyeksiyasining mutlaq qiymati 2 kvant raqami bilan, elektron qobig'ining umumiy aylanish momentining proyeksiyasi esa kvant soni bilan tavsiflanadi.

Kvant soni atomning ichki kvant soniga o'xshaydi (§59 va 67).

Guruch. 284. Molekulaning turli nuqtalarida elektronni topish ehtimoli zichligi.

Xuddi atomlar singari, molekulalar hosil bo'lgan orbital impulsga nisbatan hosil bo'lgan spinning turli yo'nalishlari tufayli ko'plikni namoyon qiladi.

Ushbu holatlarni hisobga olgan holda, molekulalarning elektron holatlari quyidagicha yoziladi:

bu erda 5 - hosil bo'lgan aylanishning qiymati va A kvant sonining turli qiymatlariga mos keladigan belgilardan birini yoki A ni bildiradi. Masalan, normal holat 2 ta vodorod molekulasi mavjud, gidroksil molekulasining normal holati kislorod molekulasining normal holatidir. Turli elektron holatlar o'rtasida o'tish paytida quyidagi tanlov qoidalari qo'llaniladi: .

Yadrolarning tebranishlari bilan bog'liq bo'lgan molekulaning tebranish energiyasi yadrolarning to'lqin xususiyatlarini hisobga olgan holda kvantlanadi. Molekuladagi yadrolar kvazelastik kuch bilan bog'langan deb faraz qilsak (zarraning potentsial energiyasi siljish kvadratiga proportsionaldir, § 63), biz Shredinger tenglamasidan tebranishning quyidagi ruxsat etilgan qiymatlarini olamiz. Ushbu tizimning energiyasi (harmonik

osilator):

bu erda odatdagidek aniqlanadigan yadrolarning tabiiy tebranishlarining chastotasi (I jildi, 1959 yil 57-§; oldingi nashrda § 67):

yadrolarning kamaytirilgan massasi qayerda; ikkala yadroning massalari; molekulaning kvazi elastik konstantasi; ga teng kvant soni Katta massa tufayli chastota spektrning infraqizil hududida yotadi.

Guruch. 285. Molekulaning tebranish energiyasining darajalari.

Kvazielastik konstanta elektron qobiqning konfiguratsiyasiga bog'liq va shuning uchun molekulaning turli elektron holatlari uchun har xil bo'ladi. Bu doimiy kattaroq bo'lsa, molekula qanchalik kuchli bo'lsa, ya'ni kimyoviy bog'lanish kuchliroq bo'ladi.

Formula (3) teng oraliqdagi energiya darajalari tizimiga to'g'ri keladi, ularning orasidagi masofa Aslida, yadro tebranishlarining katta amplitudalarida tiklovchi kuchning Guk qonunidan chetga chiqishi allaqachon ta'sir qila boshlaydi. Natijada energiya darajalari bir-biriga yaqinlashadi (285-rasm). Etarlicha katta amplitudalarda molekula qismlarga ajraladi.

Harmonik osilator uchun faqat chastotadagi yorug'likning emissiyasi yoki yutilishiga mos keladigan o'tishlarga ruxsat beriladi

Chastotalar uchun kvant shartiga ko'ra (§ 58), bu holda molekulalarning spektrlarida kuzatiladigan overtonlar paydo bo'lishi kerak.

Tebranish energiyasi molekula elektron bulutining energiyasiga nisbatan kichik qo'shimcha hisoblanadi. Yadrolarning tebranishlari har bir elektron sathning tebranish energiyasining turli qiymatlariga mos keladigan yaqin darajalar tizimiga aylanishiga olib keladi (286-rasm). Bu molekulaning energiya darajalari tizimining murakkabligini tugatmaydi.

Guruch. 286. Molekulaning tebranish va elektron energiyasining qo'shilishi.

Shuningdek, molekulyar energiyaning eng kichik komponenti - aylanish energiyasini hisobga olish kerak. Aylanish energiyasining ruxsat etilgan qiymatlari to'lqin mexanikasiga ko'ra, momentni kvantlash printsipiga asoslangan holda aniqlanadi.

To'lqin mexanikasiga ko'ra, har qanday kvantlangan tizimning momenti (§ 59) ga teng

Bu holda, o'rnini bosadi va 0, 1, 2, 3 va boshqalarga teng bo'ladi.

Oldingi aylanuvchi jismning kinetik energiyasi. ed. § 42) bo'ladi

bu erda inersiya momenti, co - aylanishning burchak tezligi.

Ammo, boshqa tomondan, moment tengdir, shuning uchun biz quyidagilarni olamiz:

yoki (5) ifodasini almashtirib, nihoyat topamiz:

Shaklda. 287 molekulaning aylanish darajalarini ko'rsatadi; tebranish va atom darajalaridan farqli o'laroq, aylanish darajalari orasidagi masofa aylanish darajalari orasidagi o'tishning ortishi bilan ortadi va chastotali chiziqlar chiqariladi.

Bu erda Evrash mos keladi

Formula (9) chastotalar uchun berilgan

Guruch. 287. Molekulaning aylanish energiyasining darajalari.

Biz spektrning uzoq infraqizil qismida yotadigan teng masofali spektral chiziqlarni olamiz. Ushbu chiziqlarning chastotalarini o'lchash molekulalarning inertsiya momentini aniqlashga imkon beradi, shuni ta'kidlash kerakki, inersiya momenti I ga bog'liq harakat

markazdan qochma kuchlar molekulaning aylanish tezligi oshishi bilan ortadi. Aylanishlarning mavjudligi har bir tebranish energiyasi darajasining aylanish energiyasining turli qiymatlariga mos keladigan bir qator yaqin pastki darajalarga bo'linishiga olib keladi.

Molekula bir energiya holatidan ikkinchisiga o'tganda molekulaning har uch turdagi energiyasi bir vaqtning o'zida o'zgarishi mumkin (288-rasm). Natijada, elektron-vibratsiyali o'tish paytida chiqariladigan har bir spektral chiziq nozik aylanish strukturasiga ega bo'ladi va tipik molekulyar tarmoqqa aylanadi.

Guruch. 288. Molekulaning har uch turdagi energiyasining bir vaqtda o'zgarishi

Teng oraliqdagi chiziqlarning bunday chiziqlari bug 'va suvda kuzatiladi va spektrning uzoq infraqizil qismida yotadi. Ular bu bug'larning emissiya spektrida emas, balki ularning yutilish spektrida kuzatiladi, chunki molekulalarning tabiiy chastotalariga mos keladigan chastotalar boshqalarga qaraganda kuchliroq so'riladi. Shaklda. 289 yaqin infraqizil mintaqadagi bug 'yutilish spektridagi chiziqni ko'rsatadi. Bu tarmoqli nafaqat aylanish energiyasida, balki tebranish energiyasida ham (elektron qobiqlarning doimiy energiyasida) farq qiluvchi energiya holatlari orasidagi o'tishlarga mos keladi. Bu holda, va va Ekol bir vaqtning o'zida o'zgaradi, bu energiyaning katta o'zgarishiga olib keladi, ya'ni spektral chiziqlar birinchi ko'rib chiqilgan holatdan ko'ra yuqori chastotaga ega.

Shunga ko'ra, yaqin infraqizil mintaqada joylashgan spektrda 1-rasmda ko'rsatilganlarga o'xshash chiziqlar paydo bo'ladi. 289.

Guruch. 289. Yutish zonasi.

Bandning markazi ( doimiy EURdagi o'tishga to'g'ri keladi; tanlash qoidasiga ko'ra, bunday chastotalar molekula tomonidan chiqarilmaydi. Yuqori chastotali chiziqlar - qisqaroq to'lqin uzunliklari - EUR o'zgarishi qo'shilgan o'tishlarga mos keladi. o'zgarish past chastotali chiziqlar (o'ng tomon) teskari munosabatga mos keladi: aylanish energiyasini o'zgartirish teskari belgiga ega.

Bunday chiziqlar bilan bir qatorda inersiya momentining o'zgarishi bilan o'tishlarga mos keladigan chiziqlar kuzatiladi, ammo bu holda (9) formulaga muvofiq, chiziqlar chastotalari bog'liq bo'lishi kerak va chiziqlar orasidagi masofalar teng bo'lmaydi. Har bir chiziq bir chetiga to'g'ri keladigan bir qator chiziqlardan iborat,

bu chiziqning boshi deb ataladi. Tasmaga kiritilgan individual spektral chiziqning chastotasi uchun Delander 1885 yilda quyidagi shakldagi empirik formulani berdi:

butun son qayerda.

Delandre formulasi bevosita yuqoridagi fikrlardan kelib chiqadi. Delandr formulasini bir o'q bo'ylab, ikkinchisi bo'ylab chizsak, grafik tasvirlash mumkin (290-rasm).

Guruch. 290. Delandr formulasining grafik tasviri.

Quyida biz ko'rib turganimizdek, odatiy chiziqni tashkil etuvchi mos keladigan chiziqlar mavjud. Molekulyar spektrning tuzilishi molekulaning inertsiya momentiga kuchli bog'liq bo'lganligi sababli, tadqiqot molekulyar spektrlar bu qiymatni aniqlashning ishonchli usullaridan biridir. Molekulaning tuzilishidagi eng kichik o'zgarishlarni uning spektrini o'rganish orqali aniqlash mumkin. Eng qizig'i shundaki, bir xil elementning turli xil izotoplarini (§ 86) o'z ichiga olgan molekulalarning spektrida ushbu izotoplarning turli massalariga mos keladigan turli xil chiziqlar bo'lishi kerak. Bundan kelib chiqadiki, atomlarning massalari ularning molekuladagi tebranish chastotasini ham, uning inersiya momentini ham aniqlaydi. Haqiqatan ham, mis xlorid tarmoqli chiziqlari 63 va 65 mis izotoplarining 35 va 37 xlor izotoplari bilan to'rtta birikmasiga mos keladigan to'rtta komponentdan iborat:

Oddiy vodoroddagi izotop kontsentratsiyasi teng bo'lishiga qaramay, vodorodning og'ir izotopini o'z ichiga olgan molekulalarga mos keladigan chiziqlar ham topildi.

Yadrolarning massasidan tashqari, yadrolarning boshqa xossalari ham molekulyar spektrlarning tuzilishiga ta'sir qiladi. Xususan, yadrolarning aylanish momentlari (spinlari) juda muhim rol o'ynaydi. Agar bir xil atomlardan tashkil topgan molekulada yadrolarning aylanish momentlari nolga teng bo'lsa, aylanish chizig'ining har bir ikkinchi chizig'i tushib ketadi, bu ta'sir, masalan, molekulada kuzatiladi

Agar yadrolarning aylanish momentlari noldan farq qilsa, ular aylanish zonasida intensivliklarning almashinishiga olib kelishi mumkin, zaif chiziqlar kuchli bilan almashinadi.)

Nihoyat, radiospektroskopiya usullaridan foydalanib, yadrolarning to'rt kutupli elektr momenti bilan bog'liq bo'lgan molekulyar spektrlarning o'ta nozik tuzilishini aniqlash va aniq o'lchash mumkin bo'ldi.

To'rt kutupli elektr momenti yadro shaklining sferikdan og'ishi natijasida paydo bo'ladi. Yadro cho'zilgan yoki inqilobli ellipsoid shakliga ega bo'lishi mumkin. Bunday zaryadlangan ellipsoidni endi yadro markazida joylashgan nuqtaviy zaryad bilan almashtirib bo'lmaydi.

Guruch. 291. “Atom” soatlari uchun yutuvchi qurilma: 1 - ikki tomondan gaz o‘tkazmaydigan parda 7 bilan yopilgan va past bosimda ammiak bilan to‘ldirilgan uzunlikdagi ko‘ndalang kesimli to‘rtburchak to‘lqin o‘tkazgich;

2 - unga berilgan yuqori chastotali kuchlanishning harmonikasini yaratadigan kristall diod; 3 - chiqish kristalli diyot; 4 - chastotali modulyatsiyalangan yuqori chastotali kuchlanish generatori; 5 - vakuum pompasi va ammiak gaz ushlagichiga quvur liniyasi; 6 - impuls kuchaytirgichiga chiqish; 7 - to'siqlar; I - kristall diodli oqim ko'rsatkichi; B - vakuum o'lchagich.

Kulon kuchidan tashqari, yadro maydonida masofaning to'rtinchi kuchiga teskari proportsional va yadro simmetriya o'qi yo'nalishi bilan burchakka bog'liq bo'lgan qo'shimcha kuch paydo bo'ladi. Qo'shimcha kuchning paydo bo'lishi yadroda to'rt kutupli moment mavjudligi bilan bog'liq.

Birinchi marta yadroda to'rt kutupli moment mavjudligi atom chiziqlarining o'ta nozik tuzilishining ba'zi tafsilotlaridan foydalangan holda an'anaviy spektroskopiya orqali aniqlandi. Ammo bu usullar momentning kattaligini aniq aniqlashga imkon bermadi.

Radiospektroskopik usulda toʻlqin oʻtkazgich oʻrganilayotgan molekulyar gaz bilan toʻldiriladi va radiotoʻlqinlarning gazdagi yutilishi oʻlchanadi. Radioto'lqinlarni hosil qilish uchun klistronlardan foydalanish yuqori darajadagi monoxromatiklikka ega bo'lgan tebranishlarni olish imkonini beradi, keyinchalik ular modulyatsiyalanadi. Santimetrli to'lqin hududida ammiakning yutilish spektri ayniqsa batafsil o'rganildi, bu spektrda juda nozik struktura topildi, bu yadroning to'rt kutupli momenti va molekulaning o'zi elektr maydoni o'rtasida bog'liqlik mavjudligi bilan izohlanadi.

Radiospektroskopiyaning asosiy afzalligi radiochastotalarga mos keladigan fotonlarning past energiyasidir. Buning yordamida radiochastotalarning yutilishi atomlar va molekulalarning juda yaqin energiya darajalari o'rtasidagi o'tishlarni aniqlay oladi. Yadro effektlaridan tashqari, radiospektroskopiya usuli kuchsiz elektrda molekulyar chiziqlarning Stark effekti orqali butun molekulaning elektr dipol momentlarini aniqlash uchun juda qulaydir.

dalalar. uchun so'nggi yillar paydo bo'ldi katta raqam turli xil molekulalarning tuzilishini o'rganish uchun radiospektroskopik usulga bag'ishlangan ishlar o'ta aniq "atomik" soatlarni yaratish uchun radioto'lqinlarning ammiakda yutilishidan foydalanilgan (291-rasm).

Astronomik kunning davomiyligi asta-sekin o'sib boradi va bundan tashqari, chegaralar ichida o'zgarib turadi, bir xil tezlikda soatlarni qurish tavsiya etiladi. "Atom" soati ammiakda hosil bo'lgan to'lqinlarning yutilishi bilan boshqariladigan chastotali radio to'lqinlarining kvarts generatoridir. 1,25 sm to'lqin uzunligida ammiak molekulasining tabiiy chastotasi bilan rezonans paydo bo'ladi, bu juda o'tkir assimilyatsiya chizig'iga to'g'ri keladi. Jeneratör to'lqin uzunligining bu qiymatdan eng kichik og'ishi rezonansni buzadi va radio emissiyasi uchun gazning shaffofligini kuchli o'sishiga olib keladi, bu tegishli asbob-uskunalar tomonidan qayd etiladi va generatorning chastotasini tiklaydigan avtomatlashtirishni faollashtiradi. "Atom" soatlari allaqachon Yerning aylanishiga qaraganda bir xilda harakat qilgan. Kunning bir qismi tartibining aniqligiga erishish mumkin bo'ladi, deb taxmin qilinadi.

molekulyar spektrlar, optik emissiya va yutilish spektrlari, shuningdek Ramanning tarqalishi, erkin yoki erkin bog'langanlarga tegishli molekulalar. Xonim. murakkab tuzilishga ega. Odatdagi M. s. - chiziqli, ular emissiya va yutilishda va ko'p yoki kamroq to'plam shaklida Raman tarqalishida kuzatiladi. tor chiziqlar ultrabinafsha, ko'rinadigan va yaqin infraqizil hududlarda, ishlatiladigan spektral asboblarning etarli darajada aniqlash kuchi bilan bir-biriga yaqin joylashgan chiziqlar to'plamiga parchalanadi. M. ning oʻziga xos tuzilishi. turli molekulalar uchun har xil bo'ladi va umuman olganda, molekuladagi atomlar soni ortishi bilan murakkablashadi. Juda murakkab molekulalar uchun ko'rinadigan va ultrabinafsha spektrlar bir necha keng uzluksiz chiziqlardan iborat; bunday molekulalarning spektrlari bir-biriga o'xshash.

Xonim. qachon paydo bo'ladi kvant o'tishlari orasida energiya darajalari E' Va E'' molekulalari nisbatiga ko'ra

h n= E‘ - E‘’, (1)

Qayerda h n - emissiya qilingan energiya foton chastota n ( h -Plank doimiysi ). Ramanning tarqalishi bilan h n hodisaning energiyalari va tarqoq fotonlar orasidagi farqga teng. Xonim. molekuladagi ichki harakatlarning atomlarga qaraganda ancha murakkabligi bilan belgilanadigan chiziqli atom spektrlariga qaraganda ancha murakkab. Molekulalardagi ikki yoki undan ortiq yadrolarga nisbatan elektronlarning harakati bilan bir qatorda yadrolarning tebranish harakati (ularni oʻrab turgan ichki elektronlar bilan birgalikda) molekulaning butun molekuladagi muvozanat pozitsiyalari va aylanish harakati atrofida sodir boʻladi. Harakatning bu uch turi - elektron, tebranish va aylanish - energiya darajasining uch turiga va spektrlarning uch turiga mos keladi.

Kvant mexanikasiga ko'ra, molekuladagi barcha turdagi harakatlarning energiyasi faqat ma'lum qiymatlarni qabul qilishi mumkin, ya'ni u kvantlangan. Molekulaning umumiy energiyasi E Taxminan uch turdagi harakatning kvantlangan energiya qiymatlari yig'indisi sifatida ifodalanishi mumkin:

E = E elektron pochta + E+ hisoblang E aylantiring (2)

Kattalik tartibi bo'yicha

Qayerda m elektronning massasi va kattaligi M molekuladagi atom yadrolarining massa tartibiga ega, ya'ni. m/M~ 10 -3 -10 -5, shuning uchun:

E elektron pochta >> E hisoblash >> E aylantiring (4)

Odatda E el haqida bir necha ev(bir necha yuz kJ/mol), E hisoblash ~ 10 -2 -10 -1 eV, E aylanish ~ 10 -5 -10 -3 ev.

(4) ga muvofiq molekulaning energiya darajalari tizimi bir-biridan uzoqda joylashgan elektron darajalar to'plami bilan tavsiflanadi (turli qiymatlar). E el at E hisoblash = E aylanish = 0), tebranish darajalari bir-biriga yaqinroq joylashgan (turli qiymatlar). E berilganda hisoblash E l va E aylanish = 0) va undan ham yaqinroq joylashgan aylanish darajalari (turli qiymatlar E berilgan vaqtda aylanish E el va E hisoblash).

Elektron energiya darajalari ( E(2) dagi el molekulaning muvozanat konfiguratsiyasiga mos keladi (muvozanat qiymati bilan tavsiflangan ikki atomli molekula holatida) r 0 yadrolararo masofa r. Har bir elektron holat ma'lum bir muvozanat konfiguratsiyasiga va ma'lum bir qiymatga mos keladi E el; eng kichik qiymat asosiy energiya darajasiga mos keladi.

Molekulaning elektron holatlari to'plami uning elektron qobig'ining xususiyatlari bilan belgilanadi. Printsipial jihatdan qadriyatlar E el usullari yordamida hisoblash mumkin kvant kimyosi, ammo bu muammoni faqat taxminiy usullar yordamida va nisbatan oddiy molekulalar uchun hal qilish mumkin. Kimyoviy tuzilishi bilan belgilanadigan molekulaning elektron darajalari (elektron energiya darajalarining joylashuvi va ularning xarakteristikalari) haqidagi eng muhim ma'lumotlar uning molekulyar tuzilishini o'rganish orqali olinadi.

Berilgan elektron energiya darajasining juda muhim xarakteristikasi bu qiymatdir kvant soni S, molekulaning barcha elektronlarining umumiy spin momentining mutlaq qiymatini tavsiflovchi. Kimyoviy barqaror molekulalar odatda mavjud juft raqam elektronlar va ular uchun S= 0, 1, 2... (asosiy elektron daraja uchun odatiy qiymat S= 0 va hayajonlanganlar uchun - S= 0 va S= 1). Bilan darajalar S= 0 singl deb ataladi, bilan S= 1 - triplet (chunki molekuladagi o'zaro ta'sir ularning c = 2 ga bo'linishiga olib keladi. S+ 1 = 3 pastki daraja) . BILAN erkin radikallar ular uchun, qoida tariqasida, toq elektronlar soni bor S= 1/2, 3/2, ... va qiymat asosiy va hayajonlangan darajalar uchun xosdir S= 1/2 (ikki darajali darajalar c = 2 pastki darajaga bo'linadi).

Muvozanat konfiguratsiyasi simmetriyaga ega bo'lgan molekulalar uchun elektron darajalarni yanada tasniflash mumkin. Simmetriya o'qiga (cheksiz tartibli) ega bo'lgan diatomik va chiziqli triatomik molekulalar barcha atomlarning yadrolari orqali o'tadi. , elektron darajalar l kvant sonining qiymatlari bilan tavsiflanadi, bu barcha elektronlarning umumiy orbital momentumning molekula o'qiga proyeksiyasining mutlaq qiymatini belgilaydi. L = 0, 1, 2, ... bo'lgan darajalar mos ravishda S, P, D... deb belgilanadi va c qiymati yuqori chapdagi indeks bilan ko'rsatiladi (masalan, 3 S, 2 p, ...). Simmetriya markazi bo'lgan molekulalar uchun, masalan, CO 2 va C 6 H 6 , barcha elektron darajalar indekslar bilan belgilanadigan juft va toq darajalarga bo'linadi g Va u(simmetriya markazida teskari aylantirilganda to'lqin funksiyasi o'z belgisini saqlab qolishi yoki uni o'zgartirishiga qarab).

Vibratsiyali energiya darajalari (qiymatlari E hisoblash) taxminan garmonik hisoblangan tebranish harakatini kvantlash orqali topish mumkin. Ikki atomli molekulaning eng oddiy holatida (yadrolararo masofaning o'zgarishiga mos keladigan bir erkinlik darajasi r) garmonik deb hisoblanadi osilator; uning kvantlanishi teng oraliqdagi energiya darajalarini beradi:

E hisoblash = h n e (u +1/2), (5)

bu yerda n e - asosiy chastota garmonik tebranishlar molekula, u 0, 1, 2, ... qiymatlarini qabul qiluvchi tebranish kvant soni bo'lib, ko'p atomli molekulaning har bir elektron holati uchun N atomlar ( N³ 3) va ega f tebranish erkinlik darajalari ( f = 3N- 5 va f = 3N- mos ravishda chiziqli va chiziqli bo'lmagan molekulalar uchun 6), bu chiqadi f deb atalmish chastotalar bilan normal tebranishlar n i ( i = 1, 2, 3, ..., f) va tebranish darajalarining murakkab tizimi:

Qayerda u i = 0, 1, 2, ... mos keladigan tebranish kvant sonlari. Erning elektron holatidagi normal tebranishlar chastotalari to'plami molekulaning juda muhim xususiyati bo'lib, uning kimyoviy tuzilishi. Molekula atomlarining hammasi yoki bir qismi ma'lum bir normal tebranishda ishtirok etadi; atomlar bir xil chastotali garmonik tebranishlarni amalga oshiradi v i, lekin tebranish shaklini aniqlaydigan turli amplitudalar bilan. Oddiy tebranishlar shakliga ko'ra cho'zilish (bog'lanish chiziqlarining uzunligi o'zgaradi) va egilish (kimyoviy bog'lanishlar orasidagi burchaklar - bog'lanish burchaklari - o'zgaradi) ga bo'linadi. Past simmetriyali molekulalar uchun (2 dan yuqori tartibli simmetriya o'qlari bo'lmagan) turli xil tebranish chastotalari soni 2 ga teng va barcha tebranishlar degenerativ emas, nosimmetrik molekulalar uchun ikki va uch marta degenerativ tebranishlar (juft va uchlik) mavjud. chastotaga mos keladigan tebranishlar). Masalan, chiziqli bo'lmagan triatomik molekulada H 2 O f= 3 va uchta degenerativ bo'lmagan tebranishlar mumkin (ikkita cho'zish va bitta egilish). Ko'proq simmetrik chiziqli triatomik CO 2 molekulasi mavjud f= 4 - ikkita degenerativ bo'lmagan tebranish (cho'zish) va bitta ikki marta degeneratsiya (deformatsiya). Yassi yuqori nosimmetrik molekula uchun C 6 H 6 chiqadi f= 30 - o'nta degenerativ bo'lmagan va 10 ta ikki marta buziladigan tebranishlar; shundan 14 ta tebranish molekula tekisligida (8 ta cho'zilish va 6 ta egilish) va 6 tasi tekislikdan tashqari egilish tebranishlari - bu tekislikka perpendikulyar. Bundan ham nosimmetrik tetraedral CH 4 molekulasi mavjud f = 9 - bitta degenerativ bo'lmagan tebranish (cho'zish), bitta ikki marta degeneratsiya (deformatsiya) va ikkita uch marta degeneratsiya (bir cho'zish va bitta deformatsiya).

Aylanma energiya darajasini molekulaning aylanish harakatini kvantlash, uni ma'lum bir qattiq modda sifatida ko'rib chiqish orqali topish mumkin. inersiya momentlari. Ikki atomli yoki chiziqli ko'p atomli molekulaning eng oddiy holatida uning aylanish energiyasi

Qayerda I molekula o'qiga perpendikulyar bo'lgan o'qqa nisbatan molekulaning inersiya momenti va M- impulsning aylanish momenti. Kvantlash qoidalariga ko'ra,

aylanma kvant soni qayerda J= 0, 1, 2, ..., va shuning uchun uchun E aylanish qabul qilindi:

bu erda aylanish konstantasi energiya darajalari orasidagi masofalar masshtabini belgilaydi, bu yadro massalari va yadrolararo masofalarning ortishi bilan kamayadi.

M.larning har xil turlari. molekulalarning energiya darajalari o'rtasidagi o'tishning har xil turlarida paydo bo'ladi. (1) va (2) ga muvofiq

D E = E‘ - E'' = D E el + D E hisoblash + D E aylantirish, (8)

qaerda o'zgaradi D E el, D E hisoblash va D E elektron, tebranish va aylanish energiyalarining aylanishi shartni qondiradi:

D E el >> D E hisoblash >> D E aylantirish (9)

[darajalar orasidagi masofalar energiyaning o'zlari bilan bir xil tartibda E el, E ol va E aylanish, qanoatlantiruvchi shart (4)].

D da E el ¹ 0, elektron mikroskop olinadi, ko'rinadigan va ultrabinafsha (UV) hududlarda kuzatiladi. Odatda D E el ¹ 0 bir vaqtning o'zida D E 0 va D raqamlari E aylanish ¹ 0; turli D E berilgan D uchun hisoblash E el turli tebranish zonalariga mos keladi va turli D E berilgan D da aylanish E el va d E hisoblash - bu chiziq parchalanadigan alohida aylanish chiziqlari; xarakterli chiziqli struktura olinadi.

N 2 molekulasining 3805 elektron tebranish zonasining aylanish bo'linishi

Berilgan D bilan chiziqlar to'plami E el (chastotali sof elektron o'tishga to'g'ri keladi v el = D E email/ h) chiziqli tizim deb ataladi; individual bantlar o'tishlarning nisbiy ehtimoliga qarab turli intensivlikka ega bo'lib, ular taxminan kvant mexanik usullari bilan hisoblanishi mumkin. Murakkab molekulalar uchun ma'lum elektron o'tishga mos keladigan bir tizimning tasmasi odatda bitta keng uzluksiz bandga birlashadi; Organik birikmalarning muzlatilgan eritmalarida kuzatiladigan xarakterli diskret elektron spektrlar . Elektron (aniqrog'i, elektron-vibratsion-aylanma) spektrlar spektrograflar va shishali spektrometrlar yordamida eksperimental ravishda o'rganiladi (uchun). ko'rinadigan maydon) va kvarts (UV mintaqasi uchun) optikasi, ularda yorug'likni spektrga bo'lish uchun prizmalar yoki diffraktsiya panjaralari ishlatiladi. .

D da E el = 0 va D E soni ¹ 0, tebranish magnit rezonanslari olinadi, yaqin masofada kuzatiladi (bir nechagacha mkm) va o'rtada (bir necha o'ntagacha mkm) infraqizil (IR) mintaqa, odatda yutilishda, shuningdek, yorug'likning Raman tarqalishida. Qoida tariqasida, bir vaqtning o'zida D E aylanish ¹ 0 va berilganda E Natijada alohida aylanma chiziqlarga bo'linadigan tebranish tasmasi hosil bo'ladi. Ular tebranuvchi M.larda eng kuchli. D ga mos keladigan chiziqlar u = u’ - u'' = 1 (ko'p atomli molekulalar uchun - D u i = u men' - u i ''= 1 da D u k = u k ' - u k '' = 0, bu erda k¹i).

Sof garmonik tebranishlar uchun bu tanlash qoidalari, boshqa o'tishlarni taqiqlash qat'iy amalga oshiriladi; angarmonik tebranishlar uchun D. uchun chiziqlar paydo bo'ladi u> 1 (ohanglar); ularning intensivligi odatda past bo'ladi va D ortishi bilan kamayadi u.

Tebranish (aniqrog'i, tebranish-aylanish) spektrlari infraqizil nurlanish uchun shaffof prizma yoki diffraktsiya panjarali IQ spektrometrlari, shuningdek Furye spektrometrlari va Raman tarqalishida yuqori diafragmali diafragma yordamida yutilishda IR mintaqasida eksperimental ravishda o'rganiladi. ko'rinadigan hudud) lazer qo'zg'alishi yordamida.

D da E el = 0 va D E count = 0, alohida chiziqlardan iborat sof aylanadigan magnit tizimlar olinadi. Ular uzoqdan so'rilishda kuzatiladi (yuzlab mkm)IR mintaqasi va ayniqsa mikroto'lqinli mintaqada, shuningdek Raman spektrlarida. Ikki atomli va chiziqli ko'p atomli molekulalar uchun (shuningdek, etarlicha simmetrik chiziqli bo'lmagan ko'p atomli molekulalar uchun) bu chiziqlar bir-biridan Dn = 2 oraliqlar bilan teng masofada joylashgan (chastota shkalasida). B yutilish spektrlarida va Dn = 4 B Raman spektrlarida.

Sof aylanish spektrlari yutilishda uzoq IQ mintaqasida maxsus diffraktsiya panjaralari (echelette) va Furye spektrometrlari bo'lgan IQ spektrometrlari, mikroto'lqinli mintaqada mikroto'lqinli (mikroto'lqinli) spektrometrlar yordamida o'rganiladi. , shuningdek, yuqori diafragmali spektrograflar yordamida Ramanning tarqalishida.

Mikroorganizmlarni o'rganishga asoslangan molekulyar spektroskopiya usullari kimyo, biologiya va boshqa fanlarning turli masalalarini hal qilish imkonini beradi (masalan, neft mahsulotlari, polimer moddalari va boshqalar tarkibini aniqlash). MS bo'yicha kimyoda. molekulalarning tuzilishini o'rganish. Elektron M. s. molekulalarning elektron qobiqlari haqida ma'lumot olish, qo'zg'alish darajalari va ularning xususiyatlarini aniqlash, molekulalarning dissotsilanish energiyalarini topish (molekulaning tebranish darajalarining dissotsiatsiya chegaralariga yaqinlashishi orqali) imkonini beradi. Tebranish M.larini oʻrganish. molekuladagi ma'lum turdagi kimyoviy bog'lanishlarga (masalan, oddiy qo'sh va uch C-C aloqalari, organik molekulalar uchun C-H, N-H, O-H aloqalari), atomlarning turli guruhlariga (masalan, CH 2) mos keladigan xarakterli tebranish chastotalarini topishga imkon beradi. , CH 3, NH 2), molekulalarning fazoviy tuzilishini aniqlang, sis- va trans-izomerlarni farqlang. Buning uchun infraqizil yutilish spektrlari (IR) va Raman spektrlari (RSS) qo'llaniladi. IQ usuli molekulalarning tuzilishini o'rganishning eng samarali optik usullaridan biri sifatida ayniqsa keng tarqaldi. U SKR usuli bilan birgalikda eng to'liq ma'lumotni taqdim etadi. Aylanadigan magnit rezonanslarni, shuningdek elektron va tebranish spektrlarining aylanish tuzilishini o'rganish tajribadan topilgan molekulalarning inersiya momentlarining qiymatlarini aniqlashga imkon beradi [aylanish konstantalari qiymatlaridan olinadi, qarang (7). )] molekulaning muvozanat konfiguratsiyasining parametrlari - bog'lanish uzunliklari va bog'lanish burchaklari - katta aniqlik bilan (oddiyroq molekulalar uchun, masalan, H 2 O) topiladi. Aniqlangan parametrlar sonini ko'paytirish uchun muvozanat konfiguratsiyasining parametrlari bir xil, ammo inertsiya momentlari har xil bo'lgan izotopik molekulalarning spektrlari (xususan, vodorod deyteriy bilan almashtiriladi) o'rganiladi.

M. lardan foydalanishga misol sifatida. Molekulalarning kimyoviy tuzilishini aniqlash uchun benzol molekulasi C 6 H 6 ni ko'rib chiqing. Uni o'rganish M. s. modelning to'g'riligini tasdiqlaydi, unga ko'ra molekula tekis va benzol halqasidagi barcha 6 C-C bog'lari ekvivalent bo'lib, molekulaning simmetriya markazidan unga perpendikulyar o'tadigan oltinchi tartibli simmetriya o'qi bilan muntazam olti burchak hosil qiladi. samolyot. Elektron M. s. yutilish zonasi C 6 H 6 erning juft singl sathidan qo'zg'aluvchan toq darajalarga o'tishga mos keladigan bir nechta bantlar tizimidan iborat bo'lib, ulardan birinchisi uchlik, yuqorilari esa singldir. Chiziqlar tizimi 1840-yillarda eng qizg'in. E 5 - E 1 = 7,0 ev), bantlar tizimi 3400 mintaqasida eng zaifdir ( E 2 - E 1 = 3,8ev), umumiy aylanish uchun taxminiy tanlash qoidalari bilan taqiqlangan singlet-triplet o'tishga mos keladi. O'tishlar deb ataladigan qo'zg'alishga mos keladi. p elektronlar benzol halqasi bo'ylab delokalizatsiyalangan ; Elektron molekulyar spektrlardan olingan daraja diagrammasi taxminiy kvant mexanik hisoblari bilan mos keladi. Tebranuvchi M. s. C 6 H 6 molekulada simmetriya markazining mavjudligiga mos keladi - IRSda paydo bo'ladigan (faol) tebranish chastotalari SRSda yo'q (faol emas) va aksincha (muqobil taqiq deb ataladi). C 6 H 6 ning 20 ta normal tebranishlaridan 4 tasi ICSda va 7 tasi SCRda faol, qolgan 11 tasi ham ICS, ham SCRda faol emas. O'lchangan chastota qiymatlari (in sm -1): 673, 1038, 1486, 3080 (ICSda) va 607, 850, 992, 1178, 1596, 3047, 3062 (TFRda). 673 va 850 chastotalar tekis bo'lmagan tebranishlarga, qolgan barcha chastotalar tekis tebranishlarga mos keladi. Tekis tebranishlar uchun ayniqsa xarakterli bo'lgan chastota 992 (davriy siqish va cho'zishdan iborat bo'lgan C-C aloqalarining cho'zilgan tebranishiga to'g'ri keladi. benzol halqasi), chastotalar 3062 va 3080 (C-H bog'larining cho'zilgan tebranishlariga mos keladi) va chastota 607 (benzol halqasining egilish tebranishiga mos keladi). C 6 H 6 ning kuzatilgan tebranish spektrlari (va shunga o'xshash C 6 D 6 tebranish spektrlari) nazariy hisob-kitoblar bilan juda yaxshi mos keladi, bu esa ushbu spektrlarni to'liq izohlash va barcha normal tebranishlarning shakllarini topish imkonini berdi.

Xuddi shu tarzda, siz M. s dan foydalanishingiz mumkin. turli sinf organik va noorganik molekulalarning tuzilishini aniqlang, polimer molekulalari kabi juda murakkab.

Ma’ruza 12. Yadro fizikasi. Atom yadrosining tuzilishi.

Yadro- Bu atomning markaziy massiv qismi bo'lib, uning atrofida elektronlar kvant orbitalarida aylanadi. Yadroning massasi atom tarkibiga kirgan barcha elektronlarning massasidan taxminan 4·10 3 marta katta. Yadro hajmi juda kichik (10 -12 -10 -13 sm), bu butun atomning diametridan taxminan 10 5 marta kichikdir. Elektr zaryadi ijobiy va mutlaq qiymatda atom elektronlarining zaryadlari yig'indisiga teng (chunki butun atom elektr neytraldir).

Yadro E. Rezerford (1911) tomonidan alfa zarrachalarning materiyadan oʻtayotganda sochilishi boʻyicha tajribalar natijasida kashf etilgan. Rezerford a-zarralar kutilganidan ko'ra tez-tez katta burchak ostida tarqalib ketishini aniqlab, atomning musbat zaryadi kichik yadroda to'planishini taklif qildi (bundan oldin J. Tomson g'oyalari ustunlik qilgan, unga ko'ra musbat zaryad atom butun hajmida bir xil taqsimlangan deb hisoblangan). Ruterfordning g'oyasi uning zamondoshlari tomonidan darhol qabul qilinmadi (asosiy to'siq - atom elektronlarining energiya yo'qolishi tufayli yadroga muqarrar tushishiga ishonish edi. elektromagnit nurlanish yadro atrofida orbitada harakatlanayotganda). Uning tan olinishida atomning kvant nazariyasiga asos solgan N. Borning (1913) mashhur asari katta rol o‘ynadi. Bor orbitalarning barqarorligini atom elektronlari harakatini kvantlashning boshlang'ich printsipi deb hisobladi va shundan so'ng keng empirik materialni (Balmer seriyasi va boshqalar) tushuntiruvchi chiziqli optik spektrlar qonunlarini keltirib chiqardi. Biroz vaqt o'tgach (1913 yil oxirida) Rezerford shogirdi G. Mozili eksperimental tarzda ko'rsatdiki, elementlar davriy sistemasidagi elementning atom raqami Z o'zgarganda atomlarning chiziqli rentgen spektrlarining qisqa to'lqinli chegarasining siljishi. Bor nazariyasiga mos keladi, agar shunday deb hisoblasak elektr zaryadi yadro (elektron zaryad birliklarida) Z ga teng. Bu kashfiyot ishonchsizlik to'sig'ini butunlay buzib tashladi: yangi. jismoniy ob'ekt- yadro - endi yagona va jismoniy shaffof tushuntirishga ega bo'lgan bir xil ko'rinadigan hodisalarning butun majmuasi bilan mustahkam bog'langan bo'lib chiqdi. Mozelining ishidan keyin fizikada atom yadrosining mavjudligi haqiqati nihoyat aniqlandi.

Yadro tarkibi. Yadro kashf etilgan paytda faqat ikkitasi ma'lum edi elementar zarralar- proton va elektron. Shunga ko'ra, yadro ulardan iborat bo'lishi ehtimoli bor deb hisoblangan. Biroq, 20-yillarning oxirida. 20-asr Proton-elektron gipotezasi "azot falokati" deb ataladigan jiddiy qiyinchilikka duch keldi: proton-elektron gipotezasiga ko'ra, azot yadrosida 21 ta zarracha (14 proton va 7 elektron) bo'lishi kerak, ularning har biri 1/2 spinga ega edi. . Azot yadrosining spini yarim butun son bo'lishi kerak edi, ammo optik molekulyar spektrlarni o'lchash ma'lumotlariga ko'ra, spin 1 ga teng bo'lib chiqdi.

Yadro tarkibi J.Chedvik (1932) tomonidan kashf etilgandan keyin aniqlangan. neytron. Neytronning massasi, Chadwickning birinchi tajribalaridan ma'lum bo'lishicha, protonning massasiga yaqin va spin 1/2 ga teng (keyinroq o'rnatilgan). Yadro proton va neytronlardan iborat degan fikrni birinchi marta bosma nashrlarda D. D. Ivanenko (1932) ifodalagan va shundan so‘ng darhol V. Geyzenberg (1932) tomonidan ishlab chiqilgan. Yadroning proton-neytron tarkibi haqidagi taxmin keyinchalik eksperimental tarzda to'liq tasdiqlandi. Zamonaviy yadro fizikasida proton (p) va neytron (n) odatda nuklon nomi ostida birlashtiriladi. Umumiy soni yadrodagi nuklonlar deyiladi massa raqami A, protonlar soni yadro zaryadiga Z (elektron zaryad birliklarida), neytronlar soniga teng. N = A - Z. U izotoplar bir xil Z, lekin boshqacha A Va N, yadrolari bir xil izobarlarga ega A va turli Z va N.

Nuklonlardan og'irroq yangi zarralarning kashf etilishi munosabati bilan. nuklon izobarlari, ular ham yadroning bir qismi bo'lishi kerakligi ma'lum bo'ldi (bir-biri bilan to'qnashgan yadro ichidagi nuklonlar nuklon izobarlariga aylanishi mumkin). Eng oddiy yadroda - deytron , bitta proton va bitta neytrondan iborat bo'lgan nuklonlar vaqtning ~ 1% nuklon izobarlari shaklida qolishi kerak. Bir qator kuzatilgan hodisalar yadrolarda bunday izobar holatlar mavjudligidan dalolat beradi. Nuklonlar va nuklon izobarlaridan tashqari, yadrolarda davriy ravishda qisqa vaqt ichida (10 -23 -10 -24) sek) paydo bo'ladi mezonlar , shu jumladan, ularning eng engillari - p-mezonlar. Nuklonlarning o'zaro ta'siri nuklonlardan biri tomonidan mezonning ko'p chiqishi va boshqasi tomonidan yutilishi bilan bog'liq. Rivojlanayotgan, ya'ni. almashinuv mezon oqimlari, xususan, yadrolarning elektromagnit xususiyatlariga ta'sir qiladi. Mezon almashinish oqimlarining eng aniq namoyon bo'lishi deytronning yuqori energiyali elektronlar va g-kvantlar tomonidan bo'linishi reaktsiyasida topilgan.

Nuklonlarning o'zaro ta'siri. Yadroda nuklonlarni ushlab turuvchi kuchlar deyiladi yadroviy . Bu fizikada ma'lum bo'lgan eng kuchli o'zaro ta'sirlar. Yadrodagi ikkita nuklon o'rtasida ta'sir qiluvchi yadro kuchlari protonlar orasidagi elektrostatik o'zaro ta'sirdan yuz baravar kuchliroqdir. Muhim mulk yadro kuchlari ularniki. nuklonlarning zaryad holatidan mustaqilligi: ikkita proton, ikkita neytron yoki neytron va protonning yadroviy o'zaro ta'siri, agar bu juft zarralarning nisbiy harakat holatlari bir xil bo'lsa, bir xil bo'ladi. Yadro kuchlarining kattaligi nuklonlar orasidagi masofaga, ularning spinlarining o'zaro orientatsiyasiga, spinlarning orbital burchak momentiga va bir zarrachadan ikkinchisiga tortilgan radius vektoriga nisbatan orientatsiyasiga bog'liq. Yadro kuchlari ma'lum bir ta'sir doirasi bilan tavsiflanadi: bu kuchlarning potentsiali masofaga qarab kamayadi r dan tezroq zarralar orasidagi r-2 va kuchlarning o'zi tezroq r-3. Ko'rib chiqishdan jismoniy tabiat yadro kuchlari bundan kelib chiqadiki, ular masofa bilan eksponent ravishda kamayishi kerak. Yadro kuchlarining ta'sir radiusi deb ataladigan narsa bilan belgilanadi. Kompton to'lqin uzunligi O'zaro ta'sir davomida nuklonlar o'rtasida almashinadigan r 0 mezon:

bu erda m, mezon massasi, Plank doimiysi, Bilan- vakuumdagi yorug'lik tezligi. P-mezonlarning almashinuvi natijasida yuzaga keladigan kuchlar eng katta ta'sir radiusiga ega. Ular uchun r 0 = 1,41 f (1 f = 10 -13 sm). Yadrolardagi nuklonlararo masofalar aynan shunday kattalik tartibiga ega, ammo ogʻirroq mezonlarning (m-, r-, w-mezonlar va boshqalar) almashinuvi ham yadro kuchlariga yordam beradi. Ikki nuklon orasidagi yadro kuchlarining masofaga va yadro kuchlarining har xil turdagi mezonlar almashinuvi natijasidagi hissasiga aniq bog'liqligi aniq belgilanmagan. Ko'p yadroli yadrolarda faqat juft nuklonlarning o'zaro ta'siriga kamaymaydigan kuchlar mumkin. Bularning roli yadrolarning tuzilishidagi ko'p zarrali kuchlar noaniqligicha qolmoqda.

Yadro o'lchamlari ulardagi nuklonlar soniga bog'liq. Yadrodagi nuklonlar sonining p sonining o'rtacha zichligi (ularning birlik hajmdagi soni) barcha ko'p yadroli yadrolar uchun (A > 0) deyarli bir xil. Demak, yadro hajmi nuklonlar soniga proporsionaldir A, va uning chiziqli o'lchami ~A 1/3. Samarali yadro radiusi R munosabat bilan belgilanadi:

R = a A 1/3 , (2)

doimiysi qayerda A yaqin Hz, lekin undan farq qiladi va nimaga bog'liq jismoniy hodisalar o'lchandi R. Yadroning zaryad radiusi deb ataladigan holatda, elektronlarning yadrolarga tarqalishi yoki energiya sathining pozitsiyasi bilan o'lchanadi m- mezoatomlar : a = 1,12 f. O'zaro ta'sir jarayonlaridan aniqlangan samarali radius hadronlar (nuklonlar, mezonlar, a-zarralar va boshqalar) yadrolari zaryaddan bir oz kattaroq: 1,2 dan. f 1,4 gacha f.

Yadro moddasining zichligi oddiy moddalarning zichligiga nisbatan hayratlanarli darajada yuqori: u taxminan 10 14 ni tashkil qiladi. G/sm 3. Yadroda r markaziy qismda deyarli doimiy bo'lib, periferiya tomon eksponent ravishda kamayadi. Empirik ma'lumotlarning taxminiy tavsifi uchun r ning yadro markazidan r masofasiga quyidagi bog'liqligi ba'zan qabul qilinadi:

.

Samarali yadro radiusi R ga teng R 0 + b. b qiymati yadro chegarasining xiralashishini tavsiflaydi, u barcha yadrolar uchun deyarli bir xil (» 0,5 f). Parametr r 0 - yadroning "chegarasidagi" ikki tomonlama zichlik, normalizatsiya shartidan (p ning hajmli integralining nuklonlar soniga tengligi) A). (2) dan kelib chiqadiki, yadrolarning o'lchamlari 10 dan 13 gacha bo'lgan kattaliklarga qarab o'zgaradi. sm 10-12 gacha sm og'ir yadrolar uchun (atom hajmi ~ 10 -8 sm). Biroq, formula (2) nuklonlar sonining ko'payishi bilan yadrolarning chiziqli o'lchamlarini faqat taxminan, sezilarli darajada o'sishi bilan tavsiflaydi. A. Unga bir yoki ikkita nuklon qo'shilgan taqdirda yadro hajmining o'zgarishi yadro tuzilishining tafsilotlariga bog'liq va tartibsiz bo'lishi mumkin. Xususan (atom energiyasi sathining izotopik siljishi o'lchovlari bilan ko'rsatilgandek), ba'zida ikkita neytron qo'shilganda yadro radiusi ham kamayadi.

Molekulyar spektrlarni o'rganish molekuladagi atomlar o'rtasida ta'sir qiluvchi kuchlarni, molekulaning dissotsilanish energiyasini, uning geometriyasini, yadrolararo masofalarni va boshqalarni aniqlashga imkon beradi. , ya'ni. molekulaning tuzilishi va xossalari haqida keng ma’lumot beradi.

Molekulyar spektr ostida, in keng ma'noda, molekulaning alohida ikkita energiya darajasi o'rtasidagi o'tish ehtimolini taqsimlash sifatida tushuniladi (9-rasmga qarang) o'tish energiyasiga bog'liq. Keyinchalik optik spektrlar haqida gapiradigan bo'lsak, har bir bunday o'tish energiya bilan fotonning emissiyasi yoki yutilishi bilan birga bo'lishi kerak.

E n = hn = E 2 - E 1, 3.1

bu erda E 2 va E 1 - o'tish sodir bo'lgan darajalarning energiyalari.

Agar gaz molekulalari chiqaradigan fotonlardan tashkil topgan nurlanish spektral qurilma orqali o'tkazilsa, u holda molekulaning alohida yorqin (balki rangli) chiziqlardan iborat emissiya spektri olinadi. Bundan tashqari, har bir chiziq mos keladigan o'tishga mos keladi. O'z navbatida, chiziqning spektrdagi yorqinligi va holati o'tish ehtimoli va mos ravishda fotonning energiyasiga (chastota, to'lqin uzunligi) bog'liq.

Aksincha, barcha to'lqin uzunlikdagi (uzluksiz spektr) fotonlardan tashkil topgan nurlanish ushbu gaz orqali, keyin esa spektral qurilma orqali o'tkazilsa, u holda yutilish spektri olinadi. Bunday holda, bu spektr yorqin uzluksiz spektr fonida qorong'u chiziqlar to'plami bo'ladi. Bu erda chiziqning kontrasti va spektrdagi holati ham o'tish ehtimoli va foton energiyasiga bog'liq.

Molekulaning energiya darajalarining murakkab tuzilishiga asoslanib (9-rasmga qarang), ular orasidagi barcha o'tishlarni molekulalar spektriga boshqa xususiyat beradigan alohida turlarga bo'lish mumkin.

Molekulaning tebranish va elektron holatlarini o'zgartirmagan holda aylanish darajalari orasidagi o'tishlarga (8-rasmga qarang) mos keladigan chiziqlardan iborat spektr molekulaning aylanish spektri deb ataladi. Aylanma harakat energiyasi 10 -3 -10 -5 eV oralig'ida joylashganligi sababli, bu spektrlardagi chiziqlar chastotasi radiochastotalarning mikroto'lqinli mintaqasida (uzoq infraqizil mintaqada) yotishi kerak.

Xuddi shu elektron holatdagi molekulaning turli tebranish holatlariga mansub aylanish darajalari orasidagi o'tishlarga mos keladigan chiziqlardan tashkil topgan spektr molekulaning tebranish-aylanish yoki oddiygina tebranish spektri deyiladi. 10 -1 -10 -2 eV tebranish energiyasiga ega bo'lgan bu spektrlar infraqizil chastotali mintaqada yotadi.

Nihoyat, molekulaning turli elektron va tebranish holatlariga tegishli aylanish darajalari orasidagi o'tishlarga mos keladigan chiziqlardan iborat spektr molekulaning elektron-vibratsion-aylanma yoki oddiygina elektron spektri deb ataladi. Bu spektrlar ko'rinadigan va ultrabinafsha chastotali hududlarda yotadi, chunki elektron harakatning energiyasi bir necha elektron voltdir.

Fotonning emissiyasi (yoki yutilishi) elektromagnit jarayon bo'lganligi sababli, uning zarur sharti molekulada mos keladigan kvant o'tish bilan bog'liq bo'lgan elektr dipol momentining mavjudligi yoki aniqrog'i o'zgarishidir. Bundan kelib chiqadiki, aylanish va tebranish spektrlari faqat elektr dipol momentiga ega bo'lgan molekulalar uchun kuzatilishi mumkin, ya'ni. o'xshash bo'lmagan atomlardan iborat.

MOLEKULAR SPEKTRA

Erkin yoki kuchsiz bog'langan molekulalarga tegishli yorug'likning emissiyasi, yutilishi va Raman spektrlari. Odatda mikroskopik tizimlar chiziqli bo'lib, ular spektrning UV, ko'rinadigan va IR hududlarida ko'proq yoki kamroq tor chiziqlar to'plami shaklida kuzatiladi; spektral qurilmalarning etarli ruxsati bilan mol. chiziqlar bir-biriga yaqin joylashgan chiziqlar to'plamiga bo'linadi. M. s.ning tuzilishi. har xil uchun boshqacha molekulalar va molekuladagi atomlar soni ortishi bilan murakkablashadi. Juda murakkab molekulalarning ko'rinadigan va UV spektrlari bir-biriga o'xshash va bir nechta keng uzluksiz chiziqlardan iborat. Xonim. energiya darajalari orasidagi kvant o'tishlari paytida paydo bo'ladi?" va?" nisbati bo'yicha molekulalar:

Bu erda hv - v chastotali chiqarilgan yoki yutilgan fotonning energiyasi. Raman sochilishida hv hodisa va tarqoq fotonlarning energiyalari farqiga teng. Xonim. atom spektrlariga qaraganda ancha murakkab, bu ichki ko'proq murakkablik bilan belgilanadi molekuladagi harakatlar, chunki ikki yoki undan ortiq yadrolarga nisbatan elektronlarning harakatiga qo'shimcha ravishda molekulada tebranish sodir bo'ladi. yadrolarning harakati (ularni o'rab turgan ichki elektronlar bilan birgalikda) muvozanat holati va aylanish atrofida. bir butun sifatida uning harakatlari. Elektron, tebranuvchi va aylantiring. Molekulaning harakatlari energiya darajasining uch turiga el, ?col va?vr va M.ning uch turiga toʻgʻri keladi.

Miqdoriga ko'ra. Mexanika, molekuladagi barcha turdagi harakatlarning energiyasi faqat ma'lum qiymatlarni olishi mumkin (kvantlangan). Molekulaning umumiy energiyasi? taxminan uch turdagi ichki energiyaga mos keladigan kvantlangan energiya qiymatlarining yig'indisi sifatida ifodalanishi mumkin. harakatlar:

??el +?col+?vr, (2) va kattalik tartibida

El:?col:?vr = 1: ?m/M:m/M, (3)

bu erda m - elektronning massasi, M esa molekuladagi atomlar yadrolarining massasi tartibida, ya'ni.

El -> ?count ->?vr. (4) Odatda bir nechta buyurtma bering. eV (yuzlab kJ/mol), ?kol = 10-2-10-1 eV, ?vr=10-5-10-3 eV.

Molekulaning energiya darajalari tizimi bir-biridan uzoqda joylashgan elektron energiya darajalari to'plamlari bilan tavsiflanadi (disag. ?el at?col=?vr=0). tebranish darajalari bir-biriga juda yaqin joylashgan (ma'lum el va volt uchun differentsial qiymatlar = 0) va hatto bir-biriga yaqinroq aylanish darajalari (ma'lum el va tir uchun volt qiymatlari).

Shaklda elektron energiya darajalari a dan b gacha. 1 molekulaning muvozanat konfiguratsiyasiga mos keladi. Har bir elektron holat ma'lum bir muvozanat konfiguratsiyasiga va ma'lum bir qiymatga mos keladi?el; eng kichik qiymat asosiyga to'g'ri keladi. elektron holat (molekulaning asosiy elektron energiya darajasi).

Guruch. 1. Ikki atomli molekulaning energiya darajalari diagrammasi, a va b - elektron darajalar; v" va v" kvantdir. tebranishlar soni darajalari; J" va J" - kvant. raqamlar aylantiriladi. darajalari.

Molekulaning elektron holatlari to'plami uning elektron qobig'ining xususiyatlari bilan belgilanadi. Asosan, ?el qiymatlarini kvant usullari yordamida hisoblash mumkin. kimyo, ammo bu muammoni faqat taxminan va nisbatan oddiy molekulalar uchun hal qilish mumkin. Molekulalarning elektron darajalari haqida muhim ma'lumotlar (ularning joylashuvi va xususiyatlari), uning kimyoviy tomonidan aniqlanadi. tuzilishi M. larni oʻrganish orqali olinadi.

Elektron energiya darajasining juda muhim xarakteristikasi - bu absni aniqlaydigan 5-sonli kvantning qiymati. barcha elektronlarning umumiy spin momentining qiymati. Kimyoviy barqaror molekulalar, qoida tariqasida, elektronlarning juft soniga ega va ular uchun 5 = 0, 1, 2, . . .; asosiy uchun elektron daraja odatda 5 = 0, hayajonlangan darajalar uchun - 5 = 0 va 5 = 1. S=0 bo'lgan darajalar deyiladi. singl, S=1 bilan - uchlik (chunki ularning ko'pligi c=2S+1=3).

Ikki atomli va chiziqli triatomik molekulalar holatida elektron darajalar kvant qiymatlari bilan tavsiflanadi. absni aniqlaydigan L raqami. barcha elektronlarning umumiy orbital momentumning molekula o'qiga proyeksiyasining kattaligi. L=0, 1, 2, ... bo'lgan darajalar mos ravishda S, P, D deb belgilanadi. . ., va va yuqori chap tomondagi indeks bilan ko'rsatilgan (masalan, 3S, 2P). Simmetriya markaziga ega bo‘lgan molekulalar uchun (masalan, CO2, CH6) barcha elektron sathlar ularni belgilaydigan to‘lqin funksiyasi teskari nuqtada o‘z belgisini saqlab qolishi yoki saqlamasligiga qarab juft va toq (mos ravishda g va u) ga bo‘linadi. simmetriya markazi.

Vibratsiyali energiya darajasini tebranishlarni kvantlash orqali topish mumkin. taxminan harmonik deb hisoblangan harakatlar. Ikki atomli molekulani (yadrolararo masofa r o'zgarishiga mos keladigan bir tebranish erkinlik darajasi) garmonik deb hisoblash mumkin. osilator, uning kvantlanishi teng oraliqdagi energiya darajalarini beradi:

bu erda v - asosiy. garmonik chastota molekulaning tebranishlari, v=0, 1, 2, . . .- tebranish kvant. raqam.

N 3 atomdan tashkil topgan va f tebranishga ega bo'lgan ko'p atomli molekulaning har bir elektron holati uchun? erkinlik darajalari (f=3N-5 va f=3N-6 mos ravishda chiziqli va chiziqli bo'lmagan molekulalar uchun), u chiqadi / shunday deb ataladi. vi(ill, 2, 3, ..., f) chastotali normal tebranishlar va murakkab tebranishlar tizimi. energiya darajalari:

Chastotalar to'plami normaldir. asosiydagi tebranishlar hodisalarning elektron holati. kimyoviy tarkibiga qarab molekulaning muhim xarakteristikasi. binolar. Muayyan ma'noda. tebranishlar molekulaning barcha atomlarini yoki ularning bir qismini o'z ichiga oladi; atomlar garmonik ishlaydi bir xil chastotali vi, lekin har xil tebranishlar tebranish shaklini aniqlaydigan amplitudalar. Oddiy tebranishlar shakliga koʻra valentlik (kimyoviy bogʻlanish uzunliklari oʻzgaradi) va deformatsiyaga (kimyoviy bogʻlanishlar orasidagi burchaklar – bogʻlanish burchaklari – oʻzgaradi) boʻlinadi. Pastroq simmetriyali molekulalar uchun (MOLEKULA SIMMETRIYAsiga qarang) f=2 va barcha tebranishlar degenerativ emas; ko'proq simmetrik molekulalar uchun ikki va uch marta degeneratsiyalangan tebranishlar, ya'ni chastotaga mos keladigan juft va uchlik tebranishlar mavjud.

Aylanma energiya darajalarini aylanishni kvantlash orqali topish mumkin. molekula harakati, uni televizor sifatida ko'rib chiqish. ma'lum inertsiya momentlariga ega bo'lgan jism. Ikki atomli yoki chiziqli uch atomli molekula holatida uning aylanish energiyasi? harakat miqdori momenti. Kvantlash qoidalariga ko'ra,

M2=(h/4pi2)J(J+1),

bu yerda f=0, 1,2,. . .- aylanish kvanti. raqam; v uchun biz olamiz:

Vr=(h2/8pi2I)J(J+1) = hBJ(J+1), (7)

qayerda aylanadilar. doimiy B=(h/8piI2)I

energiya darajalari orasidagi masofalar masshtabini aniqlaydi, bu yadro massalari va yadrolararo masofalarning ortishi bilan kamayadi.

Farq. M.larning turlari. boshqacha bo'lganda paydo bo'ladi molekulalarning energiya darajalari orasidagi o'tish turlari. (1) va (2) ga muvofiq:

D?=?"-?"==D?el+D?col+D?vr,

va shunga o'xshash (4) D?el->D?hisob->D?vaqt. D?el?0 da elektron mikroskop olinadi, ko'rinadigan va ultrabinafsha nurlanish zonalarida kuzatiladi. Odatda D??0 da D?raqam?0 va D?vaqt?0; parchalanish Berilgan D dagi son diffga mos keladi. tebranish chiziqlar (2-rasm), va parchalanish. D?vr berilgan D?el va dep soni uchun D?vr. aylantiring tebranishlar parchalanadigan chiziqlar. chiziqlar (3-rasm).

Guruch. 2. Elektroino-tebranish. yaqin UV mintaqasidagi N2 molekulasining spektri; chiziqlar guruhlari diff ga mos keladi. qiymatlari Dv= v"-v".

Berilgan D?elga ega bo'lgan (nel=D?el/h chastotali sof elektron o'tishga to'g'ri keladi) diapazonlar to'plami deyiladi. tasma tizimi; chiziqlar har xil nisbiyga qarab intensivlik o'tish ehtimoli (qarang: QUANTUM O'TISH).

Guruch. 3. Aylantirish. elektron-kolsbatning bo'linishi. chiziqlar 3805.0? N2 molekulalari.

Murakkab molekulalar uchun ma'lum elektron o'tishga mos keladigan bitta tizimning bantlari odatda bitta keng uzluksiz tarmoqqa birlashadi; bir-biriga va bir necha marta qoplanishi mumkin. bunday chiziqlar. Muzlatilgan organik eritmalarda xarakterli diskret elektron spektrlar kuzatiladi. ulanishlar.

Elektron (aniqrogʻi, elektron-vibratsion-aylanma) spektrlar shisha (koʻrinadigan hudud) va kvarts (UV mintaqasi, (qarang UV RADIATION)) optikasi boʻlgan spektral asboblar yordamida oʻrganiladi. D?el = 0 va D?kol?0 bo'lganda tebranishlar olinadi. IQga yaqin mintaqada kuzatilgan MS odatda yutilish va Raman spektrlarida bo'ladi. Qoida tariqasida, berilgan D uchun 0 va tebranish? tasma bo'laklarga bo'linadi. aylantiring chiziqlar. Tebranishlar paytida eng kuchli. Xonim. Dv=v"- v"=1 shartni qanoatlantiruvchi chiziqlar (Dvk=V"k-V"k=0 bo'lgan ko'p atomli Dvi=v"i- v"i=1 molekulalar uchun; bu erda i va k turli normal tebranishlarni aniqlaydi). Sof uyg'unlik uchun dalgalanmalar, ushbu tanlov qoidalariga qat'iy rioya qilinadi; anharmonik uchun tebranishlar uchun bantlar paydo bo'ladi, ular uchun Dv>1 (overtones); ularning intensivligi odatda past bo'ladi va Dv ortishi bilan kamayadi. Tebranish Xonim. (aniqrogʻi, tebranish-aylanma) IQ spektrometrlari va Furye spektrometrlari yordamida, Raman spektrlari esa lazer qoʻzgʻalishidan foydalangan holda yuqori diafragmali spektrograflar (koʻrinadigan hudud uchun) yordamida oʻrganiladi. D?el=0 va D?col=0 bilan sof aylanish olinadi. alohida spektrlardan iborat chiziqlar. Ular uzoq IQ mintaqasidagi va ayniqsa mikroto'lqinli mintaqadagi yutilish spektrlarida, shuningdek, Raman spektrlarida kuzatiladi. Ikki atomli, chiziqli triatomik molekulalar va juda nosimmetrik chiziqli bo'lmagan molekulalar uchun bu chiziqlar bir-biridan teng masofada joylashgan (chastota shkalasida).

Toza aylantiring. Xonim. maxsus bilan IR spektrometrlari yordamida o'rganildi diffraktsiya panjaralar (ehelettelar), Furye spektrometrlari, orqaga to'lqinli chiroqqa asoslangan spektrometrlar, mikroto'lqinli (mikroto'lqinli pech) spektrometrlari (qarang: SUBMILLIMETER SPEKTROSKOPİYASI, MIKROTO'lqinli pechlar SPEKTROSKOPiyasi) va aylantiring. Raman spektrlari - yuqori diafragma spektrometrlari yordamida.

Mikroskopiyani o'rganishga asoslangan molekulyar spektroskopiya usullari kimyoning turli masalalarini hal qilish imkonini beradi. Elektron M. s. elektron qobiqlar, qo'zg'aluvchi energiya darajalari va ularning xarakteristikalari, molekulalarning dissotsilanish energiyasi haqida ma'lumot berish (energetika sathining dissotsilanish chegarasiga yaqinlashishi orqali). Tebranishlarni o'rganish. spektrlar molekulada ma'lum turdagi kimyoviy moddalar mavjudligiga mos keladigan xarakterli tebranish chastotalarini topishga imkon beradi. bog'lar (masalan, ikki va uch C-C bog'lari, organik molekulalar uchun C-H, N-H bog'lar), bo'shliqlarni aniqlaydi. tuzilishi, sis- va trans-izomerlarni farqlaydi (qarang MOLEKULALAR IZOMERISTIKALARI). Eng samarali optik usullardan biri bo'lgan infraqizil spektroskopiya usullari ayniqsa keng tarqalgan. molekulalarning tuzilishini o'rganish usullari. Ular Raman spektroskopiya usullari bilan birgalikda eng to'liq ma'lumot beradi. O'qish aylanadi. spektrlar, shuningdek, aylanadi. elektron va tebranishlar tuzilmalari. Xonim. molekulalarning eksperimental ravishda topilgan inertsiya momentlaridan foydalanib, muvozanat konfiguratsiyasi parametrlarini - bog'lanish uzunligi va bog'lanish burchaklarini katta aniqlik bilan topish imkonini beradi. Aniqlangan parametrlar sonini ko'paytirish uchun izotopik spektrlar o'rganiladi. molekulalar (xususan, vodorod deyteriy bilan almashtirilgan molekulalar) muvozanat konfiguratsiyasining bir xil parametrlariga ega, ammo boshqacha. inersiya momentlari.

Xonim. Ular moddaning tarkibini aniqlash uchun spektral tahlilda ham qo'llaniladi.

• - molekulalarning kuchsiz van-der-Vaals kuchlari yoki vodorod bog'lari bilan bog'lanishidan hosil bo'lgan kristallar...

  Jismoniy ensiklopediya

• - kvant kimyosida matritsada yozish uchun ishlatiladigan integral ifodalarning nomi ko'p elektronli molekulaning elektron to'lqin funksiyalarini aniqlaydigan elektron Shredinger tenglamasini tashkil qiladi...

  Kimyoviy ensiklopediya

• - rasmiy valentlik-to'yinganlikdan hosil bo'ladi. molekulalar molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlari tufayli ...

  Kimyoviy ensiklopediya

• - van der Vaals kuchlari bilan bog'langan molekulalar tomonidan hosil qilingan. Molekulalar ichida atomlar ancha kuchli bog'lar bilan bog'langan...

  Kimyoviy ensiklopediya

• - org molekulalarining vizual tasviri. va tashkilot bo'lmagan. molekula tarkibiga kirgan atomlarning nisbiy holatini baholashga imkon beradigan birikmalar ...

  Kimyoviy ensiklopediya

• - elektromagnit emissiya va yutilish spektrlari. radiatsiya va kombinatsiya ...

  Kimyoviy ensiklopediya

• - Qisman bog'liq...
• - molekulalar o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchlari, ular tashqi sharoitlarga qarab, u yoki boshqasini belgilaydi jismoniy holat moddalar va boshqa bir qator jismoniy xususiyatlar ...

  Gidrogeologiya lug'ati va muhandislik geologiyasi

• - molekulalarning bir energiya darajasidan ikkinchisiga o'tishida paydo bo'ladigan yorug'likning optik yutilish, emissiya va Raman tarqalishi spektrlari. Xonim. ko'p yoki kamroq keng chiziqlar, tasvirlardan iborat ...

  Katta ensiklopedik politexnika lug'ati

• - Maqolalar aktuatorbiologik motorlarbiologik nanoob'ektlarbiologik tibbiy mikroelektromexanik tizimlarbiopolimerlar dori yetkazib berishkinalari ko'p funksiyali nanozarrachalar laboratoriyasida...

  Nanotexnologiyaning ensiklopedik lug'ati

• - optik erkin yoki kuchsiz bogʻlangan molekulalarga tegishli yorugʻlikning emissiyasi, yutilishi va tarqalishi spektrlari...

  Tabiiy fan. Ensiklopedik lug'at

• - metabolizmning tug'ma xatolari, irsiy metabolik kasalliklardan kelib chiqqan kasalliklar. "M. b." amerikalik kimyogar L. Pauling tomonidan taklif qilingan...
• - kuchsiz van-der-Vaals kuchlari yoki vodorod bog'lari bilan bir-biriga bog'langan molekulalardan hosil bo'lgan kristallar. Molekulalar ichida atomlar o'rtasida kuchli kovalent aloqalar ta'sir qiladi ...

  Buyuk Sovet Entsiklopediyasi

• - emissiya va yutilishning optik spektrlari, shuningdek, erkin yoki zaif o'zaro bog'langan Molekulalarga tegishli yorug'likning Raman tarqalishi. Xonim. murakkab tuzilishga ega ...

  Buyuk Sovet Entsiklopediyasi

• - erkin yoki kuchsiz bogʻlangan molekulalarga tegishli yorugʻlikning emissiyasi, yutilishi va tarqalishining optik spektrlari...

  Katta ensiklopedik lug'at

• - yoki qisman harakatlar ...

6-sonli ma’ruza

Molekula energiyasi

Atom Kimyoviy elementning kimyoviy xossalariga ega bo'lgan eng kichik zarrachasi deyiladi.

Atom musbat zaryadlangan yadro va uning maydonida harakatlanuvchi elektronlardan iborat. Yadroning zaryadi barcha elektronlarning zaryadiga teng. Ion berilgan atomning elektr zaryadli zarrasi atomlar elektronlarni yo'qotganda yoki olganida hosil bo'ladi.

Molekula asosiy kimyoviy xossalarga ega bo'lgan bir hil moddaning eng kichik zarrasi.

Molekulalar bir-biriga atomlararo kimyoviy bog'lar orqali bog'langan bir xil yoki turli atomlardan iborat.

Elektr neytral atomlarning barqaror molekula hosil qilish sabablarini tushunish uchun biz ikkita bir xil yoki turli atomlardan tashkil topgan eng oddiy diatomik molekulalarni ko'rib chiqish bilan cheklanamiz.

Molekulada atomni ushlab turadigan kuchlar tashqi elektronlarning o'zaro ta'siridan kelib chiqadi. Atomlar molekulaga birlashganda, ichki qobiqlarning elektronlari oldingi holatida qoladi.

Agar atomlar bir-biridan katta masofada joylashgan bo'lsa, ular bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Atomlar bir-biriga yaqinlashganda, ularning o'zaro tortishish kuchlari ortadi. Atomlarning o'lchamlari bilan taqqoslanadigan masofalarda o'zaro itarish kuchlari paydo bo'ladi, ular bir atomning elektronlarini boshqa atomning elektron qobiqlariga juda chuqur kirib borishiga imkon bermaydi.

Repulsiv kuchlar jozibador kuchlardan ko'ra ko'proq "qisqa masofa" dir. Bu shuni anglatadiki, atomlar orasidagi masofa oshgani sayin, itaruvchi kuchlar tortishish kuchlariga qaraganda tezroq kamayadi.

Jozibali kuch, itaruvchi kuch va natijada atomlar orasidagi o'zaro ta'sir kuchining masofaga bog'liqligi grafigi quyidagicha ko'rinadi:

Molekuladagi elektronlarning o'zaro ta'sir energiyasi atom yadrolarining o'zaro joylashishi bilan belgilanadi va masofaning funktsiyasidir, ya'ni

Butun molekulaning umumiy energiyasiga harakatlanuvchi yadrolarning kinetik energiyasi ham kiradi.

Demak,

.

Bu yadrolar orasidagi o'zaro ta'sirning potentsial energiyasi ekanligini anglatadi.

Keyin diatomik molekuladagi atomlar orasidagi o'zaro ta'sir kuchini ifodalaydi.

Shunga ko'ra, molekuladagi atomlarning o'zaro ta'sirining potentsial energiyasining atomlar orasidagi masofaga bog'liqligi grafigi quyidagicha ko'rinishga ega:

Molekuladagi muvozanat atomlararo masofa deyiladi ulanish uzunligi. D miqdori deyiladi molekulyar dissotsiatsiya energiyasi yoki bog'lanish energiyasi. Bu atomlarning kimyoviy bog'larini molekulalarga ajratish va ularni atomlararo kuchlar ta'siridan tashqarida olib tashlash uchun bajarilishi kerak bo'lgan ishga son jihatdan tengdir. Dissotsilanish energiyasi molekulaning hosil bo'lishida ajralib chiqadigan energiyaga teng, lekin ishorasi bo'yicha qarama-qarshidir. Dissotsilanish energiyasi manfiy, molekula hosil bo'lganda ajralib chiqadigan energiya esa ijobiydir.

Molekulaning energiyasi yadrolar harakatining tabiatiga bog'liq. Ushbu harakatni translyatsion, aylanish va tebranishlarga bo'lish mumkin. Molekuladagi atomlar orasidagi kichik masofada va molekulalarga ta'minlangan idishning etarlicha katta hajmida, oldinga energiya uzluksiz spektrga ega va uning o'rtacha qiymati ga teng, ya'ni.

Aylanma energiya diskret spektrga ega va qiymatlarni qabul qilishi mumkin

,

bu yerda I aylanma kvant soni;

J - molekulaning inersiya momenti.

Vibratsiyali harakat energiyasi shuningdek, diskret spektrga ega va qiymatlarni qabul qilishi mumkin

,

tebranish kvant soni qayerda;

– bu turdagi tebranishlarning tabiiy chastotasi.

Eng past tebranish darajasi nol energiyaga ega bo'lganda

Aylanma va translatsiya harakati energiyasi energiyaning kinetik shakliga, tebranish harakatining energiyasi potentsial shaklga mos keladi. Binobarin, diatomik molekulaning tebranish harakatining energiya bosqichlarini grafikda tasvirlash mumkin.

Ikki atomli molekulaning aylanish harakatining energiya bosqichlari xuddi shunday tarzda joylashgan, faqat ular orasidagi masofa tebranish harakatining bir xil bosqichlariga qaraganda ancha kichikdir.

Atomlararo aloqalarning asosiy turlari

Atom aloqalarining ikki turi mavjud: ion (yoki geteropolyar) va kovalent (yoki gomeopolar).

Ion aloqasi molekuladagi elektronlar shunday joylashganki, yadrolardan birining yonida ortiqcha, ikkinchisining yonida esa kamlik hosil bo'ladigan hollarda yuzaga keladi. Shunday qilib, molekula bir-biriga tortilgan, qarama-qarshi belgilarning ikkita ionidan iborat ko'rinadi. Ion bog'langan molekulalarga misollar NaCl, KCl, RbF, CsJ va hokazo. elementlarning atomlarini birlashtirish natijasida hosil bo'ladi I-oh va VII th guruhlar davriy jadval Mendeleev. Bunda o'ziga bir yoki bir nechta elektron qo'shgan atom manfiy zaryadga ega bo'lib manfiy ionga aylanadi va elektronlarning tegishli sonini bergan atom musbat ionga aylanadi. Ionlarning musbat va manfiy zaryadlarining umumiy yig'indisi nolga teng. Shuning uchun ion molekulalari elektr jihatdan neytraldir. Molekulaning barqarorligini ta'minlovchi kuchlar tabiatda elektrdir.

Ion bog'lanish sodir bo'lishi uchun elektronni olib tashlash energiyasi, ya'ni musbat ion hosil qilish ishi manfiy ionlar hosil bo'lganda ajralib chiqadigan energiya va ularning o'zaro energiyasi yig'indisidan kam bo'lishi kerak. diqqatga sazovor joy.

Ko'rinib turibdiki, neytral atomdan musbat ion hosil bo'lishi elektron qobiqda joylashgan elektronlar paydo bo'lganda, eng kam ishni talab qiladi.

Boshqa tomondan, elektron qobiqni to'ldirishdan oldin bitta elektronga ega bo'lmagan halogen atomlariga elektron biriktirilganda eng katta energiya chiqariladi. Shuning uchun elektronlarning o'tkazilishi natijasida ionli bog'lanish hosil bo'ladi, bu esa hosil bo'lgan ionlarda to'ldirilgan elektron qobiqlarning paydo bo'lishiga olib keladi.

Boshqa ulanish turi - kovalent bog'lanish.

Bir xil atomlardan tashkil topgan molekulalar hosil bo'lganda, qarama-qarshi zaryadlangan ionlarning hosil bo'lishi mumkin emas. Shuning uchun ionli bog'lanish mumkin emas. Ammo tabiatda molekulalari bir xil atomlardan hosil bo'lgan moddalar mavjud H 2, O 2, N 2 va hokazo. Ushbu turdagi moddalardagi bog'lanish deyiladi kovalent yoki gomeopolar(homeo - har xil [yunoncha]). Bundan tashqari, turli atomlarga ega bo'lgan molekulalarda kovalent bog'lanishlar ham kuzatiladi: vodorod ftorid HF, azot oksidi YO'Q, metan CH 4 va hokazo.

Kovalent bog'lanishlarning tabiatini faqat kvant mexanikasi asosida tushuntirish mumkin. Kvant mexanik tushuntirish elektronning to'lqin tabiatiga asoslanadi. Atomning tashqi elektronlarining to'lqin funksiyasi atom markazidan masofa oshgani sayin birdan to'xtamaydi, balki asta-sekin kamayadi. Atomlar bir-biriga yaqinlashganda, tashqi elektronlarning loyqa elektron bulutlari qisman bir-biriga yopishib, ularning deformatsiyasiga olib keladi. Elektronlar holatining o'zgarishini aniq hisoblash o'zaro ta'sirda ishtirok etuvchi barcha zarralar tizimi uchun Shredinger to'lqin tenglamasini echishni talab qiladi. Bu yo'lning murakkabligi va mashaqqatliligi bizni bu erda faqat hodisalarni sifatli ko'rib chiqish bilan cheklanishga majbur qiladi.

Eng oddiy holatda s- elektron holatlar elektron bulut qandaydir radiusli shardir. Agar kovalent molekuladagi ikkala elektron o'zaro almashsa, avval yadroga tegishli bo'lgan elektron 1 " A", yadroga tegishli bo'lgan elektron 2 joyiga o'tadi" b", va elektron 2 teskari o'tishni amalga oshiradi, keyin kovalent molekula holatida hech narsa o'zgarmaydi.

Pauli printsipi qarama-qarshi spinli ikkita elektronning bir xil holatda bo'lishiga imkon beradi. Ikkala elektron joylashishi mumkin bo'lgan hududlarning birlashishi ular orasida maxsus kvant mexanikasining paydo bo'lishini anglatadi almashinuv o'zaro ta'siri. Bunda molekuladagi elektronlarning har biri navbatma-navbat u yoki bu yadroga tegishli bo'lishi mumkin.

Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, agar o'zaro ta'sir qiluvchi elektronlarning spinlari parallel bo'lsa, molekulaning almashinuv energiyasi ijobiy, parallel bo'lmasa manfiy bo'ladi.

Shunday qilib, kovalent bog'lanish turi qarama-qarshi spinli elektronlar bilan ta'minlanadi. Agar ion bog'lanishda biz elektronlarni bir atomdan ikkinchisiga o'tkazish haqida gapirgan bo'lsak, bu erda ulanish elektronlarni umumlashtirish va ularning harakati uchun umumiy makonni yaratish orqali amalga oshiriladi.

Molekulyar spektrlar

Molekulyar spektrlar atom spektrlaridan juda farq qiladi. Atom spektrlari alohida chiziqlardan iborat bo'lsa, molekulyar spektrlar bir uchi o'tkir, ikkinchisi xiralashgan chiziqlardan iborat. Shuning uchun molekulyar spektrlar ham deyiladi chiziqli spektrlar.

Molekulyar spektrlardagi chiziqlar elektromagnit to'lqinlarning infraqizil, ko'rinadigan va ultrabinafsha chastota diapazonlarida kuzatiladi. Bunday holda, chiziqlar ma'lum bir ketma-ketlikda joylashgan bo'lib, bir qator chiziqlar hosil qiladi. Spektrda bir qator seriyalar mavjud.

Kvant mexanikasi molekulyar spektrlarning tabiatini tushuntirib beradi. Ko'p atomli molekulalarning spektrlarini nazariy talqin qilish juda murakkab. Biz faqat ikki atomli molekulalarni ko'rib chiqish bilan cheklanamiz.

Ilgari biz molekulaning energiyasi atom yadrolari harakatining tabiatiga bog'liqligini ta'kidladik va bu energiyaning uchta turini aniqladik: translatsiya, aylanish va tebranish. Bundan tashqari, molekula energiyasi ham elektronlar harakatining tabiati bilan belgilanadi. Ushbu turdagi energiya deyiladi elektron energiya va molekulaning umumiy energiyasining tarkibiy qismidir.

Shunday qilib, molekulaning umumiy energiyasi:

Translatsiya energiyasining o'zgarishi molekulyar spektrda spektral chiziqning paydo bo'lishiga olib kelishi mumkin emas, shuning uchun biz molekulyar spektrlarni ko'rib chiqishda ushbu turdagi energiyani istisno qilamiz. Keyin

Bor chastotasi qoidasiga ko'ra ( III- Bor postulati) molekula energiya holati o'zgarganda chiqaradigan kvant chastotasi ga teng.

.

Tajriba va nazariy tadqiqotlar shuni ko'rsatdi

Shuning uchun, kuchsiz qo'zg'alishlar bilan u faqat o'zgaradi, kuchliroqlari bilan - hatto kuchliroqlari bilan -. Keling, batafsilroq muhokama qilaylik har xil turlari molekulyar spektrlar.

Molekulalarning aylanish spektri

Keling, energiyaning kichik qismlari bilan elektromagnit to'lqinlarning yutilishini o'rganishni boshlaylik. Energiya kvantining qiymati eng yaqin ikki daraja orasidagi masofaga teng bo'lmaguncha, molekula yutmaydi. Asta-sekin chastotani oshirib, biz molekulani bir aylanish bosqichidan ikkinchisiga ko'tarishga qodir kvantlarga erishamiz. Bu 0,1-1 mm gacha bo'lgan infraqizil to'lqinlar hududida sodir bo'ladi.

,

bu erda va --chi va --chi energiya darajalaridagi aylanish kvant sonining qiymatlari.

Aylanadigan kvant raqamlari va qiymatlarga ega bo'lishi mumkin, ya'ni. ularning mumkin bo'lgan o'zgarishlari tanlov qoidasi bilan cheklanadi

Kvantning molekula tomonidan yutilishi uni bir aylanish energiya darajasidan ikkinchisiga, yuqoriroq darajaga o'tkazadi va aylanish yutilish spektrida spektral chiziq paydo bo'lishiga olib keladi. To'lqin uzunligi pasayganda (ya'ni, raqam o'zgaradi), bu mintaqada yutilish spektrining tobora ko'proq yangi chiziqlari paydo bo'ladi. Barcha chiziqlarning yig'indisi molekulaning aylanish energiya holatlarini taqsimlash haqida fikr beradi.

Biz hozirgacha molekulaning yutilish spektrini ko'rib chiqdik. Molekulaning emissiya spektri ham mumkin. Aylanma emissiya spektridagi chiziqlarning ko'rinishi molekulaning yuqori aylanish energiyasi darajasidan pastki darajaga o'tishi bilan bog'liq.

Aylanma spektrlar oddiy molekulalarda atomlararo masofalarni katta aniqlik bilan aniqlash imkonini beradi. Atomlarning inersiya momentini va massasini bilib, atomlar orasidagi masofani aniqlash mumkin. Ikki atomli molekula uchun

Molekulalarning tebranish-aylanish spektri

To'lqin uzunligi mikron bo'lgan infraqizil mintaqadagi moddaning elektromagnit to'lqinlarining yutilishi tebranish energiya darajalari o'rtasida o'tishni keltirib chiqaradi va molekulaning tebranish spektrining paydo bo'lishiga olib keladi. Biroq, molekulaning tebranish energiya darajalari o'zgarganda, uning aylanish energiya holatlari bir vaqtning o'zida o'zgaradi. Ikki tebranish energiya darajasi o'rtasidagi o'tish aylanish energiya holatlaridagi o'zgarishlar bilan birga keladi. Bunda molekulaning tebranish-aylanish spektri paydo bo'ladi.

Agar molekula bir vaqtning o'zida tebransa va aylansa, uning energiyasi ikkita kvant soni bilan aniqlanadi va:

.

Ikkala kvant sonini tanlash qoidalarini hisobga olgan holda, biz tebranish-aylanish spektrining chastotalari uchun quyidagi formulani olamiz (oldingi formula / h va oldingi energiya darajasini, ya'ni qavs ichidagi atamalarni olib tashlang):

.

Bunday holda, (+) belgisi pastroqdan yuqoriroq aylanish darajasiga o'tishga mos keladi va (-) belgisi qarama-qarshi pozitsiyaga mos keladi. Chastotaning tebranish qismi tarmoqli joylashgan spektral hududni aniqlaydi; aylanish qismi chiziqning nozik tuzilishini aniqlaydi, ya'ni. individual spektral chiziqlarning bo'linishi.

Klassik tushunchalarga ko'ra, ikki atomli molekulaning aylanishi yoki tebranishi, agar molekula nolga teng bo'lmagan dipol momentga ega bo'lsa, elektromagnit to'lqinlarning tarqalishiga olib kelishi mumkin. Bu shart faqat ikki xil atom tomonidan hosil qilingan molekulalar uchun qondiriladi, ya'ni. assimetrik molekulalar uchun.

Bir xil atomlar hosil qilgan simmetrik molekula nol dipol momentga ega. Shuning uchun klassik elektrodinamikaga ko'ra, bunday molekulaning tebranishi va aylanishi nurlanishni keltirib chiqara olmaydi. Kvant nazariyasi shunga o'xshash natijalarga olib keladi.

Molekulalarning elektron tebranish spektri

Ko'rinadigan va ultrabinafsha diapazonda elektromagnit to'lqinlarning yutilishi molekulaning turli elektron energiya darajalari o'rtasida o'tishlariga olib keladi, ya'ni. molekulaning elektron spektrining paydo bo'lishiga. Har bir elektron energiya darajasi ma'lum bir darajaga mos keladi fazoviy taqsimot elektronlar yoki ular aytganidek, diskret energiyaga ega bo'lgan elektronlarning ma'lum bir konfiguratsiyasi. Elektronlarning har bir konfiguratsiyasi ko'plab tebranish energiya darajalariga mos keladi.

Ikki elektron daraja o'rtasidagi o'tish tebranish darajalari orasidagi ko'plab o'tishlar bilan birga keladi. Molekulaning elektron tebranish spektri shunday paydo bo'ladi, u yaqin chiziqlar guruhlaridan iborat.

Har bir tebranish energiya holatiga aylanish darajalari tizimi o'rnatiladi. Shuning uchun elektron-vibratsiyali o'tish paytida fotonning chastotasi har uch turdagi energiyaning o'zgarishi bilan aniqlanadi:

.

Chastota - spektrning o'rnini aniqlaydi.

Butun elektron tebranish spektri ko'pincha bir-birining ustiga chiqadigan va keng diapazonni tashkil etuvchi bir necha guruh guruhlari tizimidir.

Molekulyar spektrlarni o'rganish va talqin qilish molekulalarning batafsil tuzilishini tushunishga imkon beradi va kimyoviy tahlil uchun keng qo'llaniladi.

Ramanning tarqalishi

Bu hodisa shundaki, yorug'lik gazlar, suyuqliklar yoki shaffof kristall jismlar orqali o'tganda sodir bo'ladigan tarqalish spektrida yorug'likning doimiy chastotali tarqalishi bilan bir qatorda, chastotalarga mos keladigan bir qator yuqori yoki past chastotalar paydo bo'ladi. tarqaladigan molekulalarning tebranish yoki aylanish o'tishlari.

Fenomen Ramanning tarqalishi oddiy kvant mexanik tushuntirishga ega. Yorug'likning molekulalar tomonidan tarqalish jarayonini fotonlarning molekulalar bilan noelastik to'qnashuvi deb hisoblash mumkin. To'qnashuv paytida foton molekuladan faqat ikki energiya darajasi o'rtasidagi farqga teng bo'lgan energiya miqdorini berishi yoki olishi mumkin. Agar molekula foton bilan to'qnashganda energiyasi past bo'lgan holatdan yuqori energiyali holatga o'tsa, u energiyasini yo'qotadi va chastotasi kamayadi. Bu molekula spektrida asosiyga nisbatan uzunroq to'lqin uzunliklariga siljigan chiziq hosil qiladi. Agar foton bilan to'qnashgandan so'ng, molekula yuqori energiyali holatdan past energiyali holatga o'tsa, spektrda asosiyga nisbatan qisqaroq to'lqin uzunliklariga siljigan chiziq hosil bo'ladi.

Ramanning tarqalishini o'rganish molekulalarning tuzilishi haqida ma'lumot beradi. Bu usul yordamida molekulalarning tabiiy tebranish chastotalari oson va tez aniqlanadi. Shuningdek, u molekula simmetriyasining tabiatini hukm qilish imkonini beradi.

Luminesans

Agar moddaning molekulalarini o'rtachasini oshirmasdan qo'zg'aluvchan holatga keltirish mumkin bo'lsa kinetik energiya, ya'ni. isitishsiz, keyin bu jismlarning porlashi yoki luminesans paydo bo'ladi.

Luminesansning ikki turi mavjud: floresans Va fosforessensiya.

Floresans lyuminesans qo'zg'atuvchining harakati tugagandan so'ng darhol to'xtaydigan luminesans deb ataladi.

Floresans paytida molekulalarning o'z-o'zidan qo'zg'aluvchan holatdan ko'proq holatga o'tishi sodir bo'ladi. past daraja. Ushbu turdagi porlash juda qisqa davom etadi (taxminan 10 -7 soniya).

Fosforessensiya luminesans qo'zg'atuvchining ta'siridan keyin uzoq vaqt davomida o'zining yorqinligini saqlaydigan luminesans deb ataladi.

Fosforessensiya jarayonida molekula qo'zg'aluvchan holatdan metastabil darajaga o'tadi. Metastabil Bu pastroq darajaga o'tish mumkin bo'lmagan daraja. Emissiya, agar molekula yana hayajonlangan darajaga qaytsa, paydo bo'lishi mumkin.

Metastabil holatdan qo'zg'aluvchan holatga o'tish faqat qo'shimcha qo'zg'alish mavjud bo'lganda mumkin. Bunday qo'shimcha patogen moddaning harorati bo'lishi mumkin. Yuqori haroratlarda bu o'tish tez sodir bo'ladi, past haroratlarda u asta-sekin sodir bo'ladi.

Yuqorida aytib o'tganimizdek, yorug'lik ta'sirida luminesans deyiladi fotoluminesans, elektron bombardimon ta'siri ostida - katodolyuminesans, elektr maydoni ta'sirida - elektroluminesans, kimyoviy transformatsiyalar ta'siri ostida - kimyoluminesans.

Kvant kuchaytirgichlari va radiatsiya generatorlari

Asrimizning 50-yillari o'rtalarida kvant elektronikasining jadal rivojlanishi boshlandi. 1954 yilda SSSRda akademiklar N.G.Basov va A.M. Proxorov, unda santimetr diapazonidagi ultraqisqa radio to'lqinlarining kvant generatori chaqirildi. maser(rag'batlantirilgan nurlanish emissiyasi orqali mikrodasturlarni kuchaytirish). 60-yillarda paydo bo'lgan ko'rinadigan va infraqizil hududlarda yorug'lik generatorlari va kuchaytirgichlari seriyasi deb nomlangan. optik kvant generatorlari yoki lazerlar(rag'batlantirilgan nurlanish emissiyasi orqali yorug'likni kuchaytirish).

Ikkala turdagi qurilmalar ham rag'batlantirilgan yoki ogohlantirilgan nurlanish ta'siriga asoslangan holda ishlaydi.

Keling, ushbu turdagi nurlanishni batafsil ko'rib chiqaylik.

Ushbu turdagi nurlanish elektromagnit to'lqinning to'lqin o'tadigan moddaning atomlari bilan o'zaro ta'siri natijasidir.

Atomlarda yuqori energiya darajasidan quyi darajaga o'tish o'z-o'zidan (yoki o'z-o'zidan) sodir bo'ladi. Biroq, hodisa radiatsiya ta'sirida, bunday o'tishlar ham oldinga, ham teskari yo'nalishda mumkin. Bunday o'tishlar deyiladi majbur yoki qo'zg'atilgan. Hayajonlangan darajalardan biridan past energiya darajasiga majburiy o'tish paytida atom o'tish sodir bo'lgan fotonga qo'shimcha bo'lgan foton chiqaradi.

Bunday holda, ushbu fotonning tarqalish yo'nalishi va shunga mos ravishda barcha stimulyatsiya qilingan nurlanish o'tishga sabab bo'lgan tashqi nurlanishning tarqalish yo'nalishiga to'g'ri keladi, ya'ni. rag'batlantirilgan emissiya harakatlantiruvchi emissiya bilan qat'iy muvofiqdir.

Shunday qilib, stimulyatsiya qilingan emissiya natijasida paydo bo'lgan yangi foton muhitdan o'tadigan yorug'likni kuchaytiradi. Biroq, induksiyalangan emissiya bilan bir vaqtda, yorug'likni yutish jarayoni sodir bo'ladi, chunki Harakatlanuvchi foton past energiya darajasida joylashgan atom tomonidan so'riladi va atom yuqori energiya darajasiga o'tadi. Va

Atrof muhitni teskari holatga o'tkazish jarayoni deyiladi pompalanadi muhitni yaxshilash. Qattiq muhitni pompalashning ko'plab usullari mavjud. Ulardan eng oddiyi muhitning optik pompalanishi bo'lib, unda atomlar shunday chastotali yorug'lik nurlanishi orqali quyi darajadan yuqori qo'zg'aluvchan darajaga o'tkaziladi.

Teskari holatga ega bo'lgan muhitda stimulyatsiya qilingan emissiya atomlar tomonidan yorug'likning yutilishidan oshadi, buning natijasida tushayotgan yorug'lik nuri kuchayadi.

Keling, optik diapazonda to'lqin generatori sifatida ishlatiladigan bunday vositadan foydalanadigan qurilmani ko'rib chiqaylik lazer.

Uning asosiy qismi alyuminiy oksidi bo'lgan sun'iy yoqut kristalli bo'lib, unda ba'zi alyuminiy atomlari xrom atomlari bilan almashtiriladi. Yaqut kristalli to'lqin uzunligi 5600 yorug'lik bilan nurlantirilganda, xrom ionlari yuqori energiya darajasiga o'tadi.

Asosiy holatga qaytish ikki bosqichda sodir bo'ladi. Birinchi bosqichda hayajonlangan ionlar energiyaning bir qismini kristall panjaraga beradi va metastabil holatga kiradi. Ionlar bu darajada yuqori darajaga qaraganda uzoqroq vaqt qoladi. Natijada, metastabil darajadagi teskari holatga erishiladi.

Ionlarning asosiy holatga qaytishi ikkita qizil chiziqning chiqishi bilan birga keladi: va . Bu qaytish bir xil to'lqin uzunligidagi fotonlarning ta'siri ostida ko'chki kabi sodir bo'ladi, ya'ni. rag'batlantirilgan emissiya bilan. Bu qaytish o'z-o'zidan emissiyaga qaraganda ancha tezroq sodir bo'ladi, shuning uchun yorug'lik kuchayadi.

Lazerda ishlatiladigan yoqut diametri 0,5 sm va uzunligi 4-5 sm bo'lgan novda shakliga ega, bu tayoqning tekis uchlari bir-biriga qaragan ikkita ko'zgu hosil qilish uchun silliqlangan va kumushlangan ularning shaffofligi. Butun yoqut novda impulsli elektron trubkasi yonida joylashgan bo'lib, u vositani optik ravishda pompalash uchun ishlatiladi. Harakat yo'nalishlari yoqut o'qi bilan kichik burchaklarni tashkil etuvchi fotonlar uning uchlaridan bir nechta aks ettirishni boshdan kechiradilar.

Shuning uchun ularning kristalldagi yo'li juda uzun bo'ladi va bu yo'nalishdagi fotonlar kaskadlari eng katta rivojlanishni oladi.

Boshqa yo'nalishlarda o'z-o'zidan chiqarilgan fotonlar kristalldan uning orqali chiqib ketadi lateral yuzasi qo'shimcha radiatsiyaga olib kelmasdan.

Eksenel nur etarlicha kuchli bo'lganda, uning bir qismi kristallning shaffof uchi orqali tashqariga chiqadi.

Kristal ichida katta miqdorda issiqlik hosil bo'ladi. Shuning uchun uni intensiv sovutish kerak.

Lazer nurlanishi bir qator xususiyatlarga ega. U quyidagilar bilan tavsiflanadi:

1. vaqt va fazoviy muvofiqlik;

2. qattiq monoxromatik;

3. yuqori quvvat;

4. nurning torligi.

Radiatsiyaning yuqori kogerentliligi lazerlarni radioaloqa uchun, xususan, koinotdagi yoʻnalishli radioaloqa uchun qoʻllash uchun keng istiqbollarni ochadi. Agar yorug'likni modulyatsiya qilish va demodulyatsiya qilish usuli topilsa, juda katta hajmdagi ma'lumotlarni uzatish mumkin bo'ladi. Shunday qilib, uzatiladigan axborot hajmi bo'yicha bitta lazer Qo'shma Shtatlarning sharqiy va g'arbiy qirg'oqlari o'rtasidagi butun aloqa tizimini almashtirishi mumkin edi.

Lazer nurlarining burchak kengligi shunchalik kichikki, teleskopik fokuslash yordamida oy yuzasida diametri 3 km bo'lgan yorug'lik nuqtasini olish mumkin. Nurning yuqori quvvati va torligi linzalardan foydalangan holda fokuslashda quyosh nuriga qaratilishi mumkin bo'lgan energiya oqimining zichligidan 1000 baravar yuqori energiya oqimining zichligini olish imkonini beradi. Bunday yorug'lik nurlari ishlov berish va payvandlash uchun, zarbaga ta'sir qilish uchun ishlatilishi mumkin kimyoviy reaksiyalar va hokazo.

Yuqoridagilar lazerning barcha imkoniyatlarini tugatmaydi. Bu butunlay yangi turdagi yorug'lik manbai va uni qo'llashning barcha mumkin bo'lgan sohalarini tasavvur qilish hali ham qiyin.