MOLEKULAR SPEKTRA-dən yaranan udma, emissiya və ya səpilmə spektrləri kvant keçidləri bir enerjidən molekullar. başqasına bildirir. Xanım. molekulun tərkibi, quruluşu, kimyəvi maddənin təbiəti ilə müəyyən edilir. xarici ilə ünsiyyət və qarşılıqlı əlaqə sahələr (və deməli, ətrafdakı atomlar və molekullarla). Naib. xarakteristikası M. s. nadir molekulyar qazlar, olmadıqda spektral xəttin genişlənməsi təzyiq: belə bir spektr Doppler eni olan dar xətlərdən ibarətdir.

düyü. 1. İki atomlu molekulun enerji səviyyələrinin sxemi: a və b-elektron səviyyələr; u" və u"" - salınımlı kvant ədədləri; J" və J"" - fırlanan kvant nömrələri.

Bir molekulda enerji səviyyələrinin üç sisteminə uyğun olaraq - elektron, vibrasiya və fırlanma (Şəkil 1), M. s. elektron, vibrasiyalı dəstdən ibarətdir. və fırladın. spektrləri və geniş e-maqnit diapazonunda yalan. dalğalar - radiotezliklərdən rentgen şüalarına qədər. spektrin bölgəsi. Fırlanma arasında keçidlərin tezliyi. enerji səviyyələri adətən mikrodalğalı bölgəyə düşür (dalğa nömrələri miqyasında 0,03-30 sm -1), salınımlar arasında keçid tezliyi. səviyyələri - IR bölgəsində (400-10.000 sm -1), elektron səviyyələr arasında keçid tezlikləri - spektrin görünən və UV bölgələrində. Bu bölgü şərtlidir, çünki onlar tez-tez fırlanırlar. keçidlər də İR bölgəsinə düşür, salınır. keçidlər - görünən bölgədə və elektron keçidlər - IR bölgəsində. Adətən elektron keçidlər vibrasiyaların dəyişməsi ilə müşayiət olunur. molekulun enerjisi və titrəyiş zamanı. keçidlər dəyişir və fırlanır. enerji. Buna görə də, çox vaxt elektron spektr elektron salınımlar sistemidir. zolaqlar, və yüksək qətnamə spektral avadanlıq onların fırlanması ilə aşkar edilir. strukturu. M.-də xətlərin və zolaqların intensivliyi. müvafiq kvant keçidinin ehtimalı ilə müəyyən edilir. Naib. sıx xətlər icazə verilən keçidə uyğundur seçim qaydaları.K M. s. həmçinin Auger spektrləri və rentgen şüaları daxildir. molekulların spektrləri (məqalədə nəzərə alınmır; bax Auger effekti, Auger spektroskopiyası, rentgen spektrləri, rentgen spektroskopiyası).

Elektron spektrlər. Sırf elektron M. s. molekulların elektron enerjisi dəyişdikdə, titrəmələr dəyişməzsə yaranır. və fırladın. enerji. Elektron M. ilə. həm udma (udma spektrləri), həm də emissiyada (lüminessensiya spektrləri) müşahidə olunur. Elektron keçidlər zamanı elektrik cərəyanı adətən dəyişir. molekulun dipol momenti. Elektrik G simmetriya tipli molekulun elektron halları arasında dipol keçidi " və G "" (sm. Molekulların simmetriyası) icazə verilir, əgər birbaşa məhsul Г " G "" dipol moment vektorunun komponentlərindən ən azı birinin simmetriya tipini ehtiva edir d . Absorbsiya spektrlərində adətən yerüstü (tamamilə simmetrik) elektron vəziyyətdən həyəcanlı elektron vəziyyətə keçid müşahidə olunur. Aydındır ki, belə bir keçidin baş verməsi üçün həyəcanlı vəziyyətin simmetriya növləri və dipol momenti üst-üstə düşməlidir. T. elektrik Dipol momenti spindən asılı olmadığından, elektron keçid zamanı spin qorunmalıdır, yəni yalnız eyni çoxluğa malik vəziyyətlər arasında keçidlərə icazə verilir (birləşmələr arası qadağan). Lakin bu qayda pozulub

gətirib çıxaran güclü spin-orbit qarşılıqlı təsiri olan molekullar üçün interkombinasiyalı kvant keçidləri. Belə keçidlər nəticəsində, məsələn, həyəcanlanmış üçlü vəziyyətdən əsas vəziyyətə keçidlərə uyğun gələn fosforessensiya spektrləri yaranır. təkli dövlət.

Molekullar müxtəlif elektron dövlətlər tez-tez fərqli geoma malikdirlər. simmetriya. Belə hallarda vəziyyət D " G "" G d aşağı simmetriya konfiqurasiyasının nöqtə qrupu üçün yerinə yetirilməlidir. Lakin, permutasiya-inversiya (PI) qrupundan istifadə edərkən, bu problem yaranmır, çünki bütün dövlətlər üçün PI qrupu eyni şəkildə seçilə bilər.

Xətti simmetriya molekulları üçün hu ilə dipol momentinin simmetriya növü Г d=S + (dz)-P( d x , d y), buna görə də molekulun oxu boyunca istiqamətlənmiş keçid dipol momenti ilə onlar üçün yalnız S + - S +, S - - S -, P - P və s. keçidlərə və S + - P, P - D keçidlərinə icazə verilir. və s. keçid anı molekulun oxuna perpendikulyar yönəldilmiş (vəziyyətlərin təyinatı üçün Art. Molekul).

Ehtimal AT elektrik elektron səviyyədən dipol keçidi t elektron səviyyəyə P, bütün salınan-fırlanan üzərində cəmlənir. elektron səviyyələr t, f-loy ilə müəyyən edilir:

keçid üçün dipol moment matrisinin elementi n-m,y az və y em- elektronların dalğa funksiyaları. İnteqral əmsalı. eksperimental olaraq ölçülə bilən udma ifadəsi ilə müəyyən edilir

harada Nm- başlanğıcdakı molekulların sayı. bacarır m, v nm- keçid tezliyi tP. Tez-tez elektron keçidlər osilatorun gücü ilə xarakterizə olunur

harada e və t e elektronun yükü və kütləsidir. Güclü keçidlər üçün f nm ~ 1. (1) və (4)-dən baxın. həyəcanlı dövlət ömrü:

Bu f-ly vibrasiya üçün də keçərlidir. və fırladın. keçidlər (bu halda dipol momentinin matris elementləri yenidən müəyyən edilməlidir). İcazə verilən elektron keçidlər üçün əmsal adətən olur bir neçə üçün udma salınandan daha çox sifariş verir. və fırladın. keçidlər. Bəzən əmsal udma ~10 3 -10 4 sm -1 atm -1 dəyərinə çatır, yəni elektron zolaqları çox aşağı təzyiqlərdə (~10 -3 - 10 -4 mm Hg) və kiçik qalınlıqlarda (~10-100 sm) müşahidə olunur. maddə təbəqəsi.

Vibrasiya spektrləri vibrasiya dəyişdikdə müşahidə olunur. enerji (elektron və fırlanma enerjiləri dəyişməməlidir). Molekulların normal vibrasiyaları adətən qarşılıqlı təsir göstərməyən harmoniklər toplusu kimi təmsil olunur. osilatorlar. Əgər dipol momentinin genişlənməsinin xətti şərtləri ilə kifayətlənsək d (udma spektrləri vəziyyətində) və ya qütbləşmə qabiliyyəti a (kombinasiyalı səpilmə vəziyyətində) normal koordinatlar boyunca Qk, sonra icazə verilən vibrasiya. keçidlər yalnız u kvant ədədlərindən birinin dəyişməsi ilə keçid hesab olunur k vahid başına. Bu cür keçidlər əsasa uyğundur. salınan zolaqlar, onlar salınır. spektrləri maks. sıx.

Əsas salınan əsasdan keçidlərə uyğun gələn xətti poliatomik molekulun zolaqları. salınan vəziyyətlər iki növ ola bilər: molekulyar oxu boyunca yönəlmiş keçid dipol momenti olan keçidlərə uyğun paralel (||) zolaqlar və molekulyar oxuna perpendikulyar keçid dipol momenti olan keçidlərə uyğun olan perpendikulyar (1) zolaqlar. Paralel zolaq yalnız ibarətdir R- və R-budaqlar və perpendikulyar zolaqda

də həll olundu Q-budaq (şək. 2). Əsas spektr simmetrik üst molekulun udma zolaqları da ||-dən ibarətdir və | zolaqlar, lakin fırladın. bu zolaqların strukturu (aşağıya bax) daha mürəkkəbdir; Q- ||-də filial zolağa da icazə verilmir. İcazə verilən dalğalanmalar. zolaqlar təmsil edir vk. Bandın intensivliyi vk törəmənin kvadratından asılıdır ( gg/dQüçün ) 2 və ya ( d a/ dQk) 2 . Bant həyəcanlı vəziyyətdən daha yüksək səviyyəyə keçidə uyğundursa, o zaman deyilir. isti.

düyü. 2. IR udma zolağı v 4 SF 6 molekulu, 0,04 sm -1 ayırdetmə qabiliyyətinə malik Furye spektrometrində alınmışdır; incə quruluşu göstərən niş xətlər R(39) diod lazerlə ölçülür 10 -4 sm -1 ayırdedici spektrometr.

Genişlənmələrdə rəqslərin və qeyri-xətti şərtlərin anharmonikliyi nəzərə alındıqda d və bir Qk u üçün seçim qaydası ilə ehtimal olunan və keçidlər qadağan edilir k. u ədədlərindən birinin dəyişməsi ilə keçidlər k 2, 3, 4 və s. adlanır. ifrat ton (Du k=2 - birinci ton, Du k\u003d 3 - ikinci ton və s.). Əgər keçid zamanı iki və ya daha çox rəqəm dəyişirsə k, sonra belə bir keçid adlanır kombinasiyalı və ya ümumi (əgər bütün u üçün artım) və fərq (bəzi u k azalma). Overton zolaqları 2 ilə işarələnir vk, 3vk, ..., ümumi lentlər vk + v l, 2vk + v l və s. və fərq zolaqları vk - v l, 2vk - e l və s. Bandın intensivliyi 2u k, vk + v l və vk - v l birinci və ikinci törəmələrdən asılıdır d haqqında Qk(və ya bir Qk) və kub. güclü anharmoniklik əmsalları. enerji; daha yüksək keçidlərin intensivliyi əmsaldan asılıdır. daha çox yüksək dərəcələr parçalanma d(və ya a) və güclü. tərəfindən enerji Qk.

Simmetriya elementləri olmayan molekullar üçün bütün vibrasiyalara icazə verilir. həm həyəcan enerjisinin udulmasında, həm də birləşmədə keçidlər. işığın səpilməsi. İnversiya mərkəzi olan molekullar üçün (məsələn, CO 2, C 2 H 4 və s.) birləşmələr üçün udulmada icazə verilən keçidlər qadağandır. səpilmə və əksinə (alternativ qadağa). Salınma arasında keçid G 1 və Г 2 simmetriya növlərinin enerji səviyyələrinə udmada icazə verilir, əgər birbaşa məhsul Г 1 Г 2 dipol momentinin simmetriya tipini ehtiva edirsə və kombinasiyada icazə verilir. səpilmə əgər məhsul Г 1

Г 2 qütbləşmə tensorunun simmetriya tipini ehtiva edir. Bu seçim qaydası təxminidir, çünki vibrasiyaların qarşılıqlı təsirini nəzərə almır. elektron və fırlanan hərəkətlər. hərəkətlər. Bu qarşılıqlı təsirlərin uçotu, təmiz salınımlara görə qadağan edilən bantların görünüşünə gətirib çıxarır. seçim qaydaları.

Dalğalanmaların öyrənilməsi. Xanım. harmonik təyin etməyə imkan verir. salınım tezlikləri, harmoniklik sabitləri. Dəyişmələrə görə spektrlərin konformasiyası həyata keçirilir. təhlil

Kimyəvi bağlar və molekulların quruluşu.

Molekul - bir-birinə bağlı eyni və ya müxtəlif atomlardan ibarət maddənin ən kiçik hissəciyi kimyəvi bağlar, və onun əsas kimyəvi və daşıyıcısı olmaqla fiziki xassələri. Kimyəvi bağlar atomların xarici, valent elektronlarının qarşılıqlı təsiri nəticəsində yaranır. Molekullarda ən çox rast gəlinən iki növ bağ var: ion və kovalent.

İon bağı (məsələn, molekullarda NaCl, KVR) elektronun bir atomdan digərinə keçidi zamanı atomların elektrostatik qarşılıqlı təsiri ilə həyata keçirilir, yəni. müsbət və mənfi ionların əmələ gəlməsində.

Kovalent bağ (məsələn, H 2, C 2, CO molekullarında) valentlik elektronlarının iki qonşu atom tərəfindən paylaşıldığı zaman həyata keçirilir (valentlik elektronlarının spinləri antiparalel olmalıdır). Kovalent rabitə eyni hissəciklərin, məsələn, hidrogen molekulunda elektronların fərqlənməməsi prinsipi əsasında izah edilir. Hissəciklərin ayırd edilməməsinə gətirib çıxarır mübadilə qarşılıqlı əlaqəsi.

Molekul kvant sistemidir; molekulda elektronların hərəkətini, molekulun atomlarının titrəyişlərini və molekulun fırlanmasını nəzərə alan Şrödinger tənliyi ilə təsvir edilmişdir. Bu tənliyin həlli çox mürəkkəb məsələdir, adətən ikiyə bölünür: elektronlar və nüvələr üçün. İzolyasiya olunmuş molekulun enerjisi:

burada nüvələrə nisbətən elektronların hərəkət enerjisi, nüvələrin vibrasiya enerjisi (nəticədə nüvələrin nisbi mövqeyi vaxtaşırı dəyişir), nüvələrin fırlanma enerjisi (nəticədə oriyentasiya kosmosdakı molekul vaxtaşırı dəyişir). Formula (13.1) molekulun kütlə mərkəzinin translyasiya enerjisini və molekuldakı atomların nüvələrinin enerjisini nəzərə almır. Onlardan birincisi kvantlaşdırılmır, ona görə də onun dəyişiklikləri molekulyar spektrin yaranmasına səbəb ola bilməz, ikincisi isə spektral xətlərin hiper incə strukturu nəzərə alınmazsa, nəzərə alına bilməz. Sübut edilmişdir ki, eV, eV, eV, belə ki, >>>>.

(13.1) ifadəsinə daxil olan enerjilərin hər biri kvantlaşdırılır (diskret enerji səviyyələri toplusuna uyğundur) və kvant ədədləri ilə müəyyən edilir. Bir enerji vəziyyətindən digərinə keçid zamanı enerji udulur və ya buraxılır D E=hv. Belə keçidlər zamanı elektronların hərəkət enerjisi, vibrasiya və fırlanma enerjisi eyni vaxtda dəyişir. Nəzəriyyə və təcrübədən belə çıxır ki, D fırlanma enerji səviyyələri arasındakı məsafə D vibrasiya səviyyələri arasındakı məsafədən çox azdır, bu da öz növbəsində elektron səviyyələr D arasındakı məsafədən azdır. Şəkil 13.1 diatomik enerji səviyyələrini sxematik şəkildə göstərir. molekul (məsələn, qalın xətlərlə yalnız iki elektron səviyyə nəzərə alınır).

Molekulların quruluşu və onların enerji səviyyələrinin xassələri özünü göstərir molekulyar spektrlər– molekulların enerji səviyyələri arasında kvant keçidlərindən yaranan emissiya (udma) spektrləri. Molekulun emissiya spektri onun enerji səviyyələrinin strukturu və müvafiq seçim qaydaları ilə müəyyən edilir.

Beləliklə, at fərqli növlər səviyyələr arasında keçidlər, müxtəlif növ molekulyar spektrlər yaranır. Molekullar tərəfindən yayılan spektral xətlərin tezlikləri bir elektron səviyyədən digərinə keçidlərə uyğun ola bilər. (elektron spektrlər) və ya bir vibrasiya (fırlanma) səviyyəsindən digərinə ( vibrasiya (fırlanma) spektrləri Bundan əlavə, eyni dəyərlərə malik keçidlər də mümkündür və hər üç komponentin fərqli dəyərlərinə malik səviyyələrə, nəticədə elektron-vibrasiya və vibrasiya-fırlanma spektrləri.

Tipik molekulyar spektrlər, ultrabənövşəyi, görünən və infraqırmızı bölgələrdə daha çox və ya daha az dar zolaqların birləşməsindən ibarət olan zolaqlıdır.

Yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malik spektral alətlərdən istifadə etməklə, saçaqların o qədər yaxın məsafədə yerləşən xətlər olduğunu görmək olar ki, onları həll etmək çətindir. Molekulyar spektrlərin strukturu müxtəlif molekullar üçün fərqlidir və molekulda atomların sayının artması ilə daha da mürəkkəbləşir (yalnız davamlı geniş zolaqlar müşahidə olunur). Yalnız çox atomlu molekullarda vibrasiya və fırlanma spektrləri var, diatomik molekullarda isə yoxdur. Bu, iki atomlu molekulların dipol momentlərinin olmaması ilə izah olunur (vibrasiya və fırlanma keçidləri zamanı dipol momentində dəyişiklik olmur, bu, keçid ehtimalının sıfırdan fərqli olması üçün zəruri şərtdir). Molekulyar spektrlər molekulların quruluşunu və xassələrini öyrənmək üçün istifadə olunur, molekulyar spektral analizdə, lazer spektroskopiyasında, kvant elektronikasında və s.

1. Mürəkkəbliyi və müxtəlifliyi ilə optik xətt spektrlərindən fərqli olaraq, müxtəlif elementlərin rentgen xarakteristikası spektrləri sadə və vahiddir. Artan atom nömrəsi ilə Z element, onlar monoton şəkildə qısa dalğalı tərəfə keçirlər.

2. Müxtəlif elementlərin xarakterik spektrləri oxşar təbiətlidir (eyni tipli) və bizi maraqlandıran element başqaları ilə birləşməlidirsə, dəyişmir. Bu, yalnız elektronların elektronlara keçidi zamanı xarakterik spektrlərin meydana gəlməsi ilə izah edilə bilər. daxili hissələr atom, oxşar quruluşa malik hissələr.

3. Xarakterik spektrlər bir neçə seriyadan ibarətdir: TO,L, M, ... Hər seriya - az sayda sətirdən: üçün a , TO β , TO γ , ... L a , L β , L y , ... dalğa uzunluğunun azalan sırası ilə və s λ .

Xarakterik spektrlərin təhlili atomların rentgen terminləri sisteminə malik olduğunu başa düşməyə səbəb oldu TO,L, M, ...(şək.13.6). Eyni şəkildə xarakterik spektrlərin görünüşünün diaqramı göstərilir. Atomun həyəcanlanması daxili elektronlardan biri çıxarıldıqda (elektronların və ya kifayət qədər yüksək enerjili fotonların təsiri altında) baş verir. İki elektrondan biri qaçarsa K-səviyyə (n= 1), onda boş yer daha yüksək səviyyədən bir elektron tərəfindən tutula bilər: L, M, N, və s. Nəticədə var K-seriya. Digər seriyalar da eyni şəkildə yaranır: L, M,...

Serial TO,Şəkil 13.6-dan göründüyü kimi, o, şübhəsiz ki, digər seriyaların görünüşü ilə müşayiət olunur, çünki onun xətləri yayıldıqda, səviyyələrdə elektronlar buraxılır. L, M və digərləri, bu da öz növbəsində daha yüksək səviyyələrdən gələn elektronlarla doldurulacaq.

Molekulyar spektrlər. Molekullardakı bağların növləri, molekulun enerjisi, vibrasiya enerjisi və fırlanma hərəkəti.

Molekulyar spektrlər.

Molekulyar spektrlər - emissiya və udulmanın optik spektrləri, həmçinin işığın Raman səpilməsi (bax. Raman işığın səpilməsi), azad və ya sərbəst əlaqəli olana aiddir Molekul m. m. s. mürəkkəb quruluşa malikdir. Tipik M. ilə. - zolaqlı, onlar ultrabənövşəyi, görünən və yaxın infraqırmızı bölgələrdə az və ya çox dar zolaqlar dəsti şəklində emissiya və udma və Raman səpələnməsində müşahidə olunur, bu da spektral alətlərin kifayət qədər həlledici gücü ilə parçalanır. sıx aralı xətlər dəsti. M. s-nin spesifik quruluşu. müxtəlif molekullar üçün fərqlidir və ümumiyyətlə, molekuldakı atomların sayının artması ilə daha mürəkkəbləşir. Yüksək mürəkkəb molekullar üçün görünən və ultrabənövşəyi spektrlər bir neçə geniş fasiləsiz zolaqdan ibarətdir; belə molekulların spektrləri bir-birinə bənzəyir.

Yuxarıdakı fərziyyələr altında hidrogen molekulları üçün Schrödinger tənliyinin həllindən enerjinin öz dəyərlərinin məsafədən asılılığını əldə edirik. R nüvələr arasında, yəni. E =E(R).

Molekul enerjisi

harada E el - nüvələrə nisbətən elektronların hərəkətinin enerjisi; E saymaq - nüvələrin titrəyişlərinin enerjisi (bunun nəticəsində nüvələrin nisbi mövqeyi vaxtaşırı dəyişir); E fırlanma - nüvələrin fırlanma enerjisi (nəticədə molekulun kosmosda istiqaməti vaxtaşırı dəyişir).

Formula (13.45) molekulların kütlə mərkəzinin translyasiya hərəkətinin enerjisini və molekuldakı atomların nüvələrinin enerjisini nəzərə almır. Onlardan birincisi kvantlaşdırılmır, ona görə də onun dəyişiklikləri molekulyar spektrin yaranmasına səbəb ola bilməz, ikincisi isə spektral xətlərin hiper incə strukturu nəzərə alınmazsa, nəzərə alına bilməz.

Bunu sübut etdi E e-poçt >> E saymaq >> E döndərmək, isə E el ≈ 1 – 10 eV. (13.45) ifadəsinə daxil olan enerjilərin hər biri kvantlaşdırılır və diskret enerji səviyyələri toplusu onlara uyğun gəlir. Bir enerji vəziyyətindən digərinə keçid zamanı enerji Δ udulur və ya buraxılır E = hν. Nəzəriyyə və təcrübədən belə çıxır ki, fırlanma enerji səviyyələri arasındakı məsafə Δ E fırlanma vibrasiya səviyyələri arasındakı məsafədən çox azdır Δ E saymaq, bu da öz növbəsində elektron səviyyələr arasındakı məsafədən azdır Δ E e-poçt

Molekulların quruluşu və onların enerji səviyyələrinin xassələri özünü göstərir molekulyar spektrlər - molekulların enerji səviyyələri arasında kvant keçidlərindən yaranan emissiya (udma) spektrləri. Molekulun emissiya spektri onun enerji səviyyələrinin strukturu və müvafiq seçim qaydaları ilə müəyyən edilir (məsələn, həm vibrasiya, həm də fırlanma hərəkətinə uyğun gələn kvant ədədlərinin dəyişməsi ± 1-ə bərabər olmalıdır). Səviyyələr arasında müxtəlif növ keçidlər müxtəlif növ molekulyar spektrlərin yaranmasına səbəb olur. Molekullar tərəfindən yayılan spektral xətlərin tezlikləri bir elektron səviyyədən digərinə keçidə uyğun ola bilər ( elektron spektrlər ) və ya bir vibrasiya (fırlanma) səviyyəsindən digərinə [ vibrasiya (fırlanma) spektrləri ].

Bundan əlavə, eyni dəyərlərə malik keçidlər də mümkündür. E saymaq və E fırlanma hər üç komponentin fərqli dəyərlərinə malik səviyyələrə, nəticədə elektron salınım və vibrasiya-fırlanma spektrləri . Buna görə də molekulların spektri olduqca mürəkkəbdir.

Tipik molekulyar spektrlər - zolaqlı , ultrabənövşəyi, görünən və infraqırmızı bölgələrdə daha çox və ya daha az dar zolaqların toplusudur. Yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malik spektral alətlərdən istifadə etməklə, saçaqların o qədər yaxın məsafədə yerləşən xətlər olduğunu görmək olar ki, onları həll etmək çətindir.

Molekulyar spektrlərin strukturu müxtəlif molekullar üçün fərqlidir və molekulda atomların sayının artması ilə daha da mürəkkəbləşir (yalnız davamlı geniş zolaqlar müşahidə olunur). Yalnız çox atomlu molekullarda vibrasiya və fırlanma spektrləri var, diatomik molekullarda isə yoxdur. Bu, iki atomlu molekulların dipol momentlərinin olmaması ilə izah olunur (vibrasiya və fırlanma keçidləri zamanı dipol momentində dəyişiklik olmur, bu, keçid ehtimalının sıfırdan fərqli olması üçün zəruri şərtdir).

Molekulyar spektrlər molekulların quruluşunu və xassələrini öyrənmək üçün istifadə olunur, molekulyar spektral analizdə, lazer spektroskopiyasında, kvant elektronikasında və s.

MOLEKULLARDA BAĞLARIN NÖVLƏRİ kimyəvi bağ- qarşılıqlı təsir fenomeni atomlarüst-üstə düşməsi səbəbindən elektron buludlar azalma ilə müşayiət olunan bağlayıcı hissəciklər tam enerji sistemləri. İon bağı- davamlı kimyəvi bağ, böyük fərqlə atomlar arasında əmələ gəlir elektronmənfilik, cəmi elektron cütü tam elektronmənfiliyi daha böyük olan atoma keçir.Bu, əks yüklü cisimlər kimi ionların cazibəsidir. Elektromənfilik (χ)- atomun əsas kimyəvi xassəsi, qabiliyyətin kəmiyyət xarakteristikası atom in molekulözünə doğru sürüşmək ortaq elektron cütləri. kovalent bağ(atom rabitəsi, homeopolar bağ) - kimyəvi bağ, cütlüyün üst-üstə düşməsi (sosiallaşması) ilə əmələ gəlir valentlik elektron buludlar. Əlaqəni təmin edən elektron buludlar (elektronlar) adlanır ümumi elektron cütü.hidrogen bağı- arasında əlaqə elektronmənfi atom və hidrogen atomu Həlaqəli kovalent olaraq başqası ilə elektronmənfi atom. metal əlaqə - kimyəvi bağ, nisbətən sərbəst olması səbəbindən elektronlar. hər ikisinə xas xüsusiyyət metallar, və onların ərintilər və intermetal birləşmələr.

Raman işığın səpilməsi.

bu, səpələnmiş işığın tezliyində nəzərəçarpan dəyişikliklə müşayiət olunan işığın maddə tərəfindən səpilməsidir. Mənbə bir xətt spektrini yayırsa, K. r ilə. ilə. səpələnmiş işığın spektrində sayı və düzülüşü maddənin molekulyar quruluşu ilə sıx əlaqəli olan əlavə xətlər tapılır. K. r. ilə. ilkin işıq axınının çevrilməsi adətən səpələnmə molekullarının digər vibrasiya və fırlanma səviyyələrinə keçidi ilə müşayiət olunur. , üstəlik, səpilmə spektrində yeni xətlərin tezlikləri düşən işığın tezliyi ilə səpələnmə molekullarının vibrasiya və fırlanma keçidlərinin tezliklərinin birləşmələridir - buna görə də ad. "TO. R. ilə."

K. r-nin spektrlərini müşahidə etmək. ilə. tədqiq olunan obyektə intensiv işıq şüası cəmləmək lazımdır. Həyəcan verici işıq mənbəyi olaraq, civə lampası ən çox istifadə olunur və 60-cı illərdən bəri. - lazer şüası. Səpələnmiş işıq fokuslanır və spektroqrafa daxil olur, burada K. r-nin spektri. ilə. foto və ya fotoelektrik üsullarla qeydə alınır.

Mühazirə №6

Molekul enerjisi

atomən kiçik hissəcik adlanır kimyəvi element kimyəvi xassələri ilə.

Atom müsbət yüklü nüvədən və onun sahəsində hərəkət edən elektronlardan ibarətdir. Nüvənin yükü bütün elektronların yükünə bərabərdir. ion müəyyən bir atomun elektronlarının itirilməsi və ya alınması nəticəsində əmələ gələn elektrik yüklü hissəcik adlanır.

molekuləsas kimyəvi xassələrə malik olan homojen maddənin ən kiçik hissəciyi adlanır.

Molekullar atomlararası kimyəvi bağlarla bağlanmış eyni və ya fərqli atomlardan ibarətdir.

Elektrik cəhətdən neytral atomların sabit molekul meydana gətirə bilməsinin səbəblərini başa düşmək üçün iki eyni və ya fərqli atomdan ibarət ən sadə iki atomlu molekulları nəzərdən keçirməklə kifayətlənəcəyik.

Molekulda bir atomu saxlayan qüvvələr xarici elektronların qarşılıqlı təsiri nəticəsində yaranır. Atomlar bir molekula birləşdirildikdə daxili qabıqların elektronları eyni vəziyyətdə qalırlar.

Əgər atomlar bir-birindən böyük məsafədədirsə, deməli, bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmurlar. Atomlar bir-birinə yaxınlaşdıqda, onların qarşılıqlı cazibə qüvvələri artır. Atomların ölçüsü ilə müqayisə edilə bilən məsafələrdə bir atomun elektronlarının digər atomun elektron qabıqlarına çox dərindən nüfuz etməsinə imkan verməyən qarşılıqlı itələyici qüvvələr meydana çıxır.

İtki qüvvələri cəlbedici qüvvələrdən daha çox “qısa mənzillidir”. Bu o deməkdir ki, atomlar arasındakı məsafə artdıqca itələyici qüvvələr cəlbedici qüvvələrdən daha tez azalır.

Məsafədən asılı olaraq cazibə qüvvəsinin, itələmə qüvvəsinin və atomlar arasında yaranan qarşılıqlı təsir qüvvəsinin qrafiki aşağıdakı formaya malikdir:

Bir molekulda elektronların qarşılıqlı təsir enerjisi ilə müəyyən edilir qarşılıqlı tənzimləmə atomların nüvələri və məsafənin funksiyasıdır, yəni.

Bütün molekulun ümumi enerjisinə hərəkət edən nüvələrin kinetik enerjisi də daxildir.

Nəticədə,

.

Bu o deməkdir ki, nüvələrin qarşılıqlı təsirinin potensial enerjisidir.

Sonra iki atomlu bir molekulda atomların qarşılıqlı təsir gücünü təmsil edir.

Müvafiq olaraq, asılılıq qrafiki potensial enerji Bir molekulda atomların atomlar arasındakı məsafədə qarşılıqlı təsiri aşağıdakı formada olur:

Bir molekulda tarazlıq atomlararası məsafə deyilir bağ uzunluğu. D dəyəri deyilir molekulun dissosiasiya enerjisi və ya əlaqə enerjisi. Atomların kimyəvi bağlarını molekullara ayırmaq və onları atomlararası qüvvələrin təsirindən kənara çıxarmaq üçün görülməli olan işə ədədi olaraq bərabərdir. Dissosiasiya enerjisi molekulun əmələ gəlməsi zamanı ayrılan enerjiyə bərabərdir, lakin işarəsi ilə əksinədir. Dissosiasiya enerjisi mənfi, molekulun əmələ gəlməsi zamanı ayrılan enerji isə müsbətdir.

Molekulun enerjisi nüvələrin hərəkətinin təbiətindən asılıdır. Bu hərəkəti tərcümə, fırlanma və salınım kimi bölmək olar. Bir molekulda atomlar arasında kiçik məsafələrdə və bu kifayətdir böyük həcm molekullara verilən gəmi, tərcümə enerjisi fasiləsiz spektrə malikdir və onun orta qiyməti , yəni .

Fırlanma enerjisi diskret spektrə malikdir və dəyərləri qəbul edə bilir

,

burada I fırlanan kvant sayıdır;

J molekulun ətalət momentidir.

Salınan hərəkətin enerjisi həm də diskret spektrə malikdir və dəyərləri qəbul edə bilir

,

vibrasiya kvant sayı haradadır;

bu tip vibrasiyanın təbii tezliyidir.

-də, ən aşağı vibrasiya səviyyəsi sıfır enerjiyə malikdir

Fırlanma və köçürmə hərəkətinin enerjisi enerjinin kinetik formasına, salınımlı hərəkətin enerjisinə - potensiala uyğun gəlir. Buna görə də, iki atomlu molekulun vibrasiya hərəkətinin enerji pillələri asılılıq qrafikində göstərilə bilər.

İki atomlu bir molekulun fırlanma hərəkətinin enerji pillələri oxşar şəkildə yerləşir, yalnız aralarındakı məsafə titrəmə hərəkətinin eyni addımlarınınkından çox kiçikdir.

Atomlararası bağın əsas növləri

İki növ atom bağı var: ion (və ya heteropolyar) və kovalent (və ya homeopolar).

İon bağı molekulda elektronlar elə düzüldükdə baş verir ki, nüvələrdən birinin yaxınlığında artıqlıq, digərinin yaxınlığında isə onların çatışmazlığı əmələ gəlir. Beləliklə, molekul, sanki, bir-birinə çəkilmiş əks işarəli iki iondan ibarətdir. İon bağlı bir molekula misaldır NaCl, KCl, RbF, CsJ və s. elementlərin atomlarının birləşməsindən əmələ gəlir I-oh və VII Mendeleyevin dövri sisteminin -ci qrup. Bu zaman özünə bir və ya bir neçə elektron bağlamış atom mənfi yük qazanaraq mənfi iona, müvafiq sayda elektron verən atom isə müsbət iona çevrilir. İonların müsbət və mənfi yüklərinin ümumi cəmi sıfırdır. Buna görə də ion molekulları elektrik cəhətdən neytraldır. Molekulun dayanıqlığını təmin edən qüvvələr elektrik xarakterlidir.

İon rabitəsinin reallaşması üçün elektron qopma enerjisinin, yəni müsbət ion yaratmaq işinin mənfi ionların əmələ gəlməsi zamanı ayrılan enerji ilə enerjinin cəmindən az olması lazımdır. onların qarşılıqlı cazibəsi.

Tamamilə aydındır ki, elektron qabığında yığılmağa başlayan elektronların bir qopması olduqda neytral atomdan müsbət bir ion meydana gəlməsi ən az iş tələb edir.

Digər tərəfdən, elektron qabığını doldurmaq üçün bir elektronu olmayan halogen atomlarına bir elektron bağlandıqda ən böyük enerji ayrılır. Buna görə də elektronların belə bir ötürülməsində ion rabitəsi yaranır ki, bu da əmələ gələn ionlarda dolu elektron qabıqların yaranmasına səbəb olur.

Başqa bir əlaqə növü kovalent bağ.

Eyni atomlardan ibarət molekulların əmələ gəlməsində əks yüklü ionların görünməsi qeyri-mümkündür. Buna görə də ion bağı mümkün deyil. Lakin təbiətdə elə maddələr var ki, onların molekulları eyni atomlardan əmələ gəlir. H 2, O 2, N 2 və s. Bu tip maddələrdə bağlanma adlanır kovalent və ya homeopolar(homeo - fərqli [Yunanca]). Bundan əlavə, müxtəlif atomları olan molekullarda kovalent bağ da müşahidə olunur: hidrogen flüor HF, azot oksidi YOX, metan CH 4 və s.

Kovalent rabitənin təbiəti yalnız kvant mexanikası əsasında izah edilə bilər. Kvant mexaniki izahı elektronun dalğa təbiətinə əsaslanır. Atomun xarici elektronlarının dalğa funksiyası atomun mərkəzindən məsafə artdıqca birdən-birə qırılmır, tədricən azalır. Atomlar bir-birinə yaxınlaşdıqda, xarici elektronların bulanıq elektron buludları qismən üst-üstə düşür, bu da onların deformasiyasına səbəb olur. Elektronların vəziyyətinin dəyişməsinin dəqiq hesablanması qarşılıqlı təsirdə iştirak edən bütün hissəciklər sistemi üçün Şrödinger dalğa tənliyinin həllini tələb edir. Bu yolun mürəkkəbliyi və çətinliyi bizi burada hadisələrin keyfiyyətcə nəzərdən keçirilməsi ilə məhdudlaşmağa məcbur edir.

Ən sadə halda s- elektronun vəziyyəti, elektron buludu müəyyən radiuslu bir kürədir. Əgər kovalent molekuldakı hər iki elektron əvvəllər nüvəyə aid olan elektron 1-ə çevrilirsə. a", nüvəyə aid olan elektron 2 yerinə keçəcək" b", və elektron 2 tərs keçid edəcək, sonra kovalent molekulun vəziyyətində heç nə dəyişməyəcək.

Pauli prinsipi əks istiqamətdə spinləri olan eyni vəziyyətdə iki elektronun mövcudluğuna imkan verir. Hər iki elektronun ola biləcəyi bölgələrin birləşməsi onların arasında xüsusi bir kvant mexanikinin görünməsi deməkdir mübadilə qarşılıqlı əlaqəsi. Bu halda molekuldakı elektronların hər biri növbə ilə bu və ya digər nüvəyə aid ola bilər.

Hesablamadan göründüyü kimi, qarşılıqlı təsir göstərən elektronların spinləri paralel olduqda molekulun mübadilə enerjisi müsbət, paralel olmadıqda isə mənfi olur.

Beləliklə, kovalent bağ növü əks spinləri olan bir cüt elektron tərəfindən təmin edilir. Əgər ion rabitəsində söhbət elektronların bir atomdan digər atoma ötürülməsindən gedirdisə, burada rabitə elektronları ümumiləşdirmək və onların hərəkəti üçün ümumi məkan yaratmaqla həyata keçirilir.

Molekulyar spektrlər

Molekulyar spektrlər atomiklərdən çox fərqlidir. Atom spektrləri tək xətlərdən ibarət olduğu halda, molekulyar spektrlər bir ucunda kəskin, digər tərəfdən bulanıq olan zolaqlardan ibarətdir. Buna görə molekulyar spektrlər də adlanır zolaqlı spektrlər.

Molekulyar spektrlərdə lentlər elektromaqnit dalğalarının infraqırmızı, görünən və ultrabənövşəyi tezlik diapazonlarında müşahidə olunur. Bu zaman zolaqlar müəyyən bir ardıcıllıqla düzülür, bir sıra zolaqlar əmələ gətirir. Spektrdə bir sıra seriyalar var.

Kvant mexanikası molekulyar spektrlərin təbiətinin izahını verir. Çox atomlu molekulların spektrlərinin nəzəri şərhi çox mürəkkəbdir. Biz yalnız iki atomlu molekulları nəzərdən keçirməklə kifayətlənirik.

Əvvəllər qeyd etdik ki, molekulun enerjisi atomların nüvələrinin hərəkətinin təbiətindən asılıdır və bu enerjinin üç növünü müəyyən etdik: translyasiya, fırlanma və vibrasiya. Bundan əlavə, molekulun enerjisi də elektronların hərəkətinin təbiəti ilə müəyyən edilir. Bu enerji növü deyilir elektron enerji və molekulun ümumi enerjisinin tərkib hissəsidir.

Beləliklə, molekulun ümumi enerjisi:

Tərcümə enerjisindəki dəyişiklik molekulyar spektrdə spektral xəttin yaranmasına səbəb ola bilməz, buna görə də molekulyar spektrlərin sonrakı nəzərdən keçirilməsində bu enerji növünü istisna edəcəyik. Sonra

Bor tezliyi qaydasına görə ( III- Bohr postulatı) molekulun enerji vəziyyəti dəyişdikdə onun buraxdığı kvantın tezliyi bərabərdir.

.

Təcrübə və nəzəri araşdırmalar bunu göstərdi

Buna görə də, zəif həyəcanlarla yalnız dəyişir, daha güclü ilə - , daha güclü ilə - . Müxtəlif növ molekulyar spektrləri daha ətraflı müzakirə edək.

Molekulların fırlanma spektri

Elektromaqnit dalğalarının enerjinin kiçik hissələrindən udulmasını araşdırmağa başlayaq. Enerji kvantının dəyəri ən yaxın iki səviyyə arasındakı məsafəyə bərabər olana qədər molekul udulmayacaq. Tezliyi tədricən artıraraq, molekulu bir fırlanma addımından digərinə qaldıra bilən kvantlara çatacağıq. Bu, 0,1-1 mm-lik infraqırmızı dalğalar bölgəsində baş verir.

,

burada və -inci və -ci enerji səviyyələrində fırlanma kvant nömrəsinin qiymətləridir.

Fırlanma kvant ədədləri və dəyərlərə malik ola bilər, yəni. onların mümkün dəyişiklikləri seçim qaydası ilə məhdudlaşdırılır

Kvantın molekul tərəfindən udulması onu bir fırlanma enerji səviyyəsindən digərinə, daha yüksək səviyyəyə köçürür və fırlanma udma spektrinin spektral xəttinin görünüşünə səbəb olur. Dalğa uzunluğu azaldıqca (yəni, rəqəm dəyişir), bu bölgədə udma spektrinin getdikcə daha çox yeni xətləri görünür. Bütün xətlərin cəmi molekulun fırlanma enerji vəziyyətlərinin paylanması haqqında fikir verir.

İndiyə qədər bir molekulun udma spektrini nəzərdən keçirdik. Molekulun emissiya spektri də mümkündür. Fırlanma emissiya spektrinin xətlərinin görünüşü molekulun yuxarı fırlanma enerji səviyyəsindən aşağıya keçidi ilə əlaqələndirilir.

Fırlanma spektrləri sadə molekullarda atomlararası məsafələri böyük dəqiqliklə təyin etməyə imkan verir. Ətalət momentini və atomların kütlələrini bilməklə atomlar arasındakı məsafələri müəyyən etmək olar. İki atomlu bir molekul üçün

Molekulların vibrasiya-fırlanma spektri

Mikron dalğa uzunluğu ilə infraqırmızı bölgədə elektromaqnit dalğalarının bir maddə tərəfindən udulması vibrasiya enerji səviyyələri arasında keçidlərə səbəb olur və molekulun vibrasiya spektrinin görünüşünə səbəb olur. Bununla belə, molekulun vibrasiya enerji səviyyələri dəyişdikdə, onun fırlanma enerji vəziyyətləri də eyni vaxtda dəyişir. İki vibrasiya enerjisi səviyyəsi arasında keçidlər fırlanma enerji vəziyyətlərinin dəyişməsi ilə müşayiət olunur. Bu zaman molekulun vibrasiya-fırlanma spektri yaranır.

Əgər molekul eyni vaxtda rəqs edir və fırlanırsa, onun enerjisi iki kvant rəqəmi ilə müəyyən ediləcək və:

.

Hər iki kvant ədədi üçün seçim qaydalarını nəzərə alaraq, vibrasiya-fırlanma spektrinin tezlikləri üçün aşağıdakı düsturu əldə edirik (əvvəlki düstur / h və əvvəlki enerji səviyyəsini, yəni mötərizədə olan şərtləri ləğv edirik):

.

Bu halda işarə (+) aşağıdan daha yüksək fırlanma səviyyəsinə keçidlərə, işarəsi (-) isə tərs mövqeyə uyğun gəlir. Tezliyin vibrasiya hissəsi bandın yerləşdiyi spektral bölgəni müəyyən edir; fırlanma hissəsi zolağın incə strukturunu müəyyən edir, yəni. fərdi spektral xətlərin parçalanması.

Klassik anlayışlara görə, iki atomlu molekulun fırlanması və ya titrəməsi yalnız molekulun sıfırdan fərqli dipol momentinə malik olduqda elektromaqnit dalğalarının yayılmasına səbəb ola bilər. Bu şərt yalnız iki fərqli atomun əmələ gətirdiyi molekullar üçün təmin edilir, yəni. qeyri-simmetrik molekullar üçün.

Eyni atomlardan əmələ gələn simmetrik molekulun dipol momenti sıfıra bərabərdir. Buna görə də klassik elektrodinamikaya görə belə molekulun titrəməsi və fırlanması şüalanmaya səbəb ola bilməz. Kvant nəzəriyyəsi oxşar nəticəyə gətirib çıxarır.

Molekulların elektron vibrasiya spektri

Görünən və ultrabənövşəyi diapazonda elektromaqnit dalğalarının udulması molekulun müxtəlif elektron enerji səviyyələri arasında keçidlərinə səbəb olur, yəni. molekulun elektron spektrinin görünüşünə. Hər bir elektron enerji səviyyəsi elektronların müəyyən bir məkan paylanmasına və ya necə deyərlər, diskret enerjiyə malik olan elektronların müəyyən bir konfiqurasiyasına uyğundur. Elektronların hər bir konfiqurasiyası bir sıra vibrasiya enerji səviyyələrinə uyğundur.

İki elektron səviyyə arasında keçid vibrasiya səviyyələri arasında çoxlu müşayiət olunan keçidlərlə müşayiət olunur. Yaxın xətlər qruplarından ibarət molekulun elektron-vibrasiya spektri belə yaranır.

Hər vibrasiya üçün enerji vəziyyəti fırlanma səviyyələri sistemi üst-üstə qoyulur. Beləliklə, elektron-vibrasiya keçidi zamanı fotonun tezliyi hər üç növ enerjinin dəyişməsi ilə müəyyən ediləcək:

.

Tezlik - spektrin mövqeyini müəyyən edir.

Bütün elektron-vibrasiya spektri çox vaxt bir-biri ilə üst-üstə düşən və geniş bir zolaq meydana gətirən bir neçə qrup qruplar sistemidir.

Molekulyar spektrlərin tədqiqi və şərhi molekulların təfərrüatlı strukturunu başa düşməyə imkan verir və kimyəvi analiz üçün geniş istifadə olunur.

Raman işığın səpilməsi

Bu fenomen ondan ibarətdir ki, işığın qazlardan, mayelərdən və ya şəffaf kristal cisimlərdən keçdiyi zaman baş verən səpilmə spektrində sabit tezlikli işıq səpilməsi ilə yanaşı, titrəmə və ya titrəmə tezliyinə uyğun gələn bir sıra yüksək və ya aşağı tezliklər meydana çıxır. molekulları səpələyən fırlanma keçidləri.

Raman səpilmə fenomeninin sadə kvant mexaniki izahı var. İşığın molekullar tərəfindən səpilməsi prosesini fotonların molekullarla qeyri-elastik toqquşması kimi qiymətləndirmək olar. Toqquşma zamanı foton molekuldan yalnız onun iki enerji səviyyəsi arasındakı fərqə bərabər olan enerji miqdarını verə və ya ala bilər. Əgər fotonla toqquşma zamanı molekul aşağı enerjili vəziyyətdən daha yüksək enerjili vəziyyətə keçirsə, o zaman enerjisini itirir və tezliyi azalır. Bu, molekulun spektrində əsas xəttə nisbətən daha uzun dalğa uzunluqlarına doğru sürüşən bir xətt yaradır. Bir fotonla toqquşmadan sonra molekul yüksək enerjili vəziyyətdən daha aşağı enerjili vəziyyətə keçirsə, spektrdə əsas olana nisbətən daha qısa dalğa uzunluqlarına doğru sürüşən bir xətt yaranır.

Raman səpilməsinin tədqiqi molekulların quruluşu haqqında məlumat verir. Bu üsuldan istifadə etməklə molekulların təbii vibrasiya tezlikləri asanlıqla və tez müəyyən edilir. O, həmçinin molekulun simmetriyasının təbiətini mühakimə etməyə imkan verir.

Lüminesans

Maddənin molekulları orta kinetik enerjisini artırmadan həyəcanlanmış vəziyyətə gətirilə bilsə, yəni. qızdırmadan, sonra bu cisimlərin parıltısı və ya lüminesans var.

İki növ lüminesans var: flüoresan və fosforessensiya.

Floresensiya luminescence adlanır, parıltı həyəcanlandırıcısının hərəkəti bitdikdən dərhal sonra dayandırılır.

Floresensiya zamanı molekulların həyəcanlı vəziyyətdən daha aşağı səviyyəyə kortəbii keçidi baş verir. Bu tip parıltı çox qısa müddətə malikdir (təxminən 10 -7 s.).

Fosforessensiya lüminesans törədicinin təsirindən sonra uzun müddət işıqlı qalan lüminesans adlanır.

Fosforessensiya zamanı molekul həyəcanlı vəziyyətdən metastabil vəziyyətə keçir. Metastabil səviyyə adlanır, ondan aşağı səviyyəyə keçid mümkün deyil. Bu halda, molekul yenidən həyəcanlanmış səviyyəyə qayıtsa, şüalanma baş verə bilər.

Metastabil vəziyyətdən həyəcanlı vəziyyətə keçid yalnız əlavə həyəcan olduqda mümkündür. Maddənin temperaturu belə bir əlavə həyəcanverici ola bilər. Yüksək temperaturda bu keçid tez baş verir, aşağı temperaturda isə yavaş olur.

Artıq qeyd etdiyimiz kimi, işığın təsiri altında olan lüminesans deyilir fotolüminessensiya, elektron bombardmanının təsiri altında - katodolüminesans, elektrik sahəsinin təsiri altında - elektrolüminessensiya, kimyəvi çevrilmələrin təsiri altında - kimyalüminesans.

Kvant gücləndiriciləri və radiasiya generatorları

1950-ci illərin ortalarında kvant elektronikasının sürətli inkişafı başladı. 1954-cü ildə akademiklər N.Q.Basov və A.M. Santimetr diapazonunda ultraqısa radio dalğalarının kvant generatorunu təsvir edən Proxorov usta(radiasiyanın stimullaşdırılmış emissiyası ilə mikroproqramların gücləndirilməsi). 60-cı illərdə ortaya çıxan görünən və infraqırmızı bölgələrdə bir sıra generatorlar və işıq gücləndiriciləri adlandırıldı. optik kvant generatorları və ya lazerlər(radiasiyanın stimullaşdırılmış emissiyası ilə işığın gücləndirilməsi).

Hər iki növ cihaz stimullaşdırılmış və ya induksiya edilmiş radiasiyanın təsiri əsasında işləyir.

Bu radiasiya növü üzərində daha ətraflı dayanaq.

Bu növ radiasiya qarşılıqlı təsirin nəticəsidir elektromaqnit dalğası dalğanın keçdiyi maddənin atomları ilə.

Atomlarda yüksək enerji səviyyələrindən aşağı səviyyələrə keçid kortəbii (yaxud kortəbii) həyata keçirilir. Bununla belə, hadisə radiasiyasının təsiri altında bu cür keçidlər həm irəli, həm də əks istiqamətdə mümkündür. Bu keçidlər adlanır məcbur və ya induksiya edilmişdir. Həyəcanlı səviyyələrdən birindən aşağı enerji səviyyəsinə məcburi keçiddə atom keçidin edildiyi fotona əlavə olan bir foton buraxır.

Bu vəziyyətdə, bu fotonun və nəticədə bütün stimullaşdırılmış radiasiyanın yayılma istiqaməti keçidə səbəb olan xarici radiasiyanın yayılma istiqaməti ilə üst-üstə düşür, yəni. stimullaşdırılmış emissiya stimullaşdırılmış emissiya ilə ciddi şəkildə uyğundur.

Beləliklə, stimullaşdırılmış emissiya nəticəsində yaranan yeni bir foton mühitdən keçən işığı gücləndirir. Lakin, induksiya emissiyası ilə eyni vaxtda işığın udulması prosesi baş verir, çünki həyəcanlandırıcı şüalanmanın bir fotonu atom tərəfindən aşağı enerji səviyyəsində udulur, atom isə daha yüksək enerji səviyyəsinə keçir. və

Mühitin tərs vəziyyətə keçməsi prosesi deyilir vurulur gücləndirici mühit. Gücləndirici mühiti pompalamaq üçün bir çox üsul var. Onlardan ən sadəsi optik nasos elə bir tezlikdə işığın şüalanması ilə atomların aşağı səviyyədən yuxarı həyəcanlı səviyyəyə köçürüldüyü mühit.

Ters çevrilmiş bir mühitdə, stimullaşdırılmış emissiya atomlar tərəfindən işığın udulmasını üstələyir, nəticədə gələn işıq şüası güclənəcəkdir.

Optik diapazonda dalğa generatoru kimi istifadə edilən və ya belə mediadan istifadə edən bir cihazı nəzərdən keçirək lazer.

Onun əsas hissəsi bəzi alüminium atomlarının xrom atomları ilə əvəz olunduğu alüminium oksidi olan süni yaqutun kristalıdır. Yaqut kristalı 5600 dalğa uzunluğunun işığı ilə şüalandıqda, xrom ionları yuxarı enerji səviyyəsinə keçir.

Əsas vəziyyətə tərs keçid iki mərhələdə baş verir. Birinci mərhələdə həyəcanlanmış ionlar enerjisinin bir hissəsini kristal qəfəsə verir və metastabil vəziyyətə keçir. Bu səviyyədə ionlar yuxarıdakından daha uzundur. Nəticədə metastabil səviyyənin tərs vəziyyəti əldə edilir.

İonların əsas vəziyyətə qayıtması iki qırmızı xəttin emissiyası ilə müşayiət olunur: və . Bu qayıdış eyni dalğa uzunluğunun fotonlarının təsiri altında uçqun kimi baş verir, yəni. stimullaşdırılmış emissiya ilə. Bu qayıdış spontan emissiya ilə müqayisədə daha sürətli baş verir, buna görə də işığın gücləndirilməsi baş verir.

Lazerdə istifadə edilən yaqut diametri 0,5 sm, uzunluğu 4-5 sm olan çubuq formasına malikdir. Bütün yaqut çubuq mühiti optik olaraq pompalamaq üçün istifadə olunan impulslu elektron borunun yaxınlığında yerləşir. Hərəkət istiqamətləri yaqut oxu ilə kiçik bucaqlar əmələ gətirən fotonlar onun uclarından çoxlu əks olunur.

Buna görə də, onların kristaldakı yolu çox uzun olacaq və bu istiqamətdə foton kaskadları ən çox inkişaf edəcəkdir.

Başqa istiqamətlərdə kortəbii olaraq yayılan fotonlar kristaldan onun vasitəsilə çıxır yan səthəlavə radiasiyaya səbəb olmadan.

Eksenel şüa kifayət qədər intensiv olduqda, onun bir hissəsi kristalın şəffaf ucundan xaricə çıxır.

Kristalın içərisində böyük miqdarda istilik ayrılır. Buna görə də intensiv soyudulmalıdır.

Lazer şüalanması bir sıra xüsusiyyətlərə malikdir. Bu ilə xarakterizə olunur:

1. zaman və məkan uyğunluğu;

2. ciddi monoxromatiklik;

3. böyük güc;

4. şüanın darlığı.

Radiasiyanın yüksək ahəngdarlığı radiorabitə üçün, xüsusən də kosmosda istiqamətli radiorabitə üçün lazerlərdən istifadə üçün geniş perspektivlər açır. İşığı modulyasiya etmək və demodulyasiya etmək üçün bir yol tapılarsa, böyük miqdarda məlumat ötürmək mümkün olacaq. Beləliklə, ötürülən informasiyanın həcminə görə, bir lazer ABŞ-ın şərq və qərb sahilləri arasında bütün rabitə sistemini əvəz edə bilərdi.

Lazer şüasının bucaq eni o qədər kiçikdir ki, teleskopik fokuslamadan istifadə edərək Ayın səthində diametri 3 km olan işıq ləkəsi əldə etmək olar. Şüanın yüksək gücü və darlığı, linza ilə fokuslanarkən, fokuslanaraq əldə edilə bilən enerji axınının sıxlığından 1000 dəfə yüksək enerji axınının sıxlığını əldə etməyə imkan verir. günəş işığı. Belə işıq şüaları kursa təsir etmək üçün emal və qaynaq üçün istifadə edilə bilər kimyəvi reaksiyalar və s.

Yuxarıda deyilənlər lazerin bütün imkanlarını tükəndirir. Bu, tamamilə yeni bir işıq mənbəyi növüdür və onun tətbiqinin bütün mümkün sahələrini təsəvvür etmək hələ də çətindir.

MOLEKULAR SPEKTRA, elektromaqnitin emissiya və udma spektrləri. radiasiya və kombinasiya. sərbəst və ya zəif bağlanmış molekullara aid işığın səpilməsi. Onlar spektrin rentgen, ultrabənövşəyi, görünən, IR və radio dalğası (mikrodalğalı soba daxil olmaqla) bölgələrində bir sıra lentlər (xətlər) formasına malikdirlər. Emissiya (emissiya molekulyar spektrləri) və udma (udma molekulyar spektrləri) spektrlərində zolaqların (xəttlərin) mövqeyi v tezlikləri (dalğa uzunluqları l \u003d c / v, burada c işığın sürətidir) və dalğa nömrələri ilə xarakterizə olunur. \u003d 1 / l; E "və E enerjiləri arasındakı fərqlə müəyyən edilir: molekulun kvant keçidinin baş verdiyi vəziyyətlər:

(h Plank sabitidir). Birləşdikdə səpilmə, hv-nin qiyməti hadisənin enerjiləri ilə səpələnmiş fotonlar arasındakı fərqə bərabərdir. Zolaqların (xəttlərin) intensivliyi müəyyən bir növ molekulların sayı (konsentrasiyası), E "və E: enerji səviyyələrinin əhalisi və müvafiq keçid ehtimalı ilə bağlıdır.

Radiasiyanın emissiyası və ya udulması ilə keçid ehtimalı ilk növbədə elektrikin matris elementinin kvadratı ilə müəyyən edilir. keçidin dipol momenti və daha dəqiq nəzərə alınmaqla - və maqnin matris elementlərinin kvadratları. və elektrik molekulun dördqütblü momentləri (bax: Kvant keçidləri). Birləşdikdə İşıq səpilməsində keçid ehtimalı molekulun keçidinin induksiya edilmiş (induksiya edilmiş) dipol momentinin matris elementi ilə bağlıdır, yəni. molekulun qütbləşmə qabiliyyətinin matris elementi ilə.

körpünün dövlətləri. sistemlərdə, to-rymi arasında keçidlər bu və ya digər molekulyar spektrlər şəklində göstərilir, müxtəlif təbiətə malikdir və enerji baxımından kəskin şəkildə fərqlənir. Müəyyən növlərin enerji səviyyələri bir-birindən uzaqda yerləşir, belə ki, keçidlər zamanı molekul yüksək tezlikli şüaları udur və ya yayır. Başqa təbiət səviyyələri arasındakı məsafə kiçikdir və bəzi hallarda xarici olmadıqda. sahə səviyyələri birləşir (degenerasiya). Kiçik enerji fərqlərində, aşağı tezlikli bölgədə keçidlər müşahidə olunur. Məsələn, müəyyən elementlərin atomlarının nüvələri özlərinə malikdir. maqn. tork və elektrik spinlə əlaqəli dördqütblü moment. Elektronların da maqniti var. onların fırlanması ilə əlaqəli an. Xarici olmadıqda maqnit oriyentasiya sahələri anlar ixtiyaridir, yəni. onlar kvantlaşdırılmır və müvafiq energetikdir. dövlətlər degenerativdir. Xarici tətbiq edərkən daimi maqnit. sahəsində, degenerasiya qaldırılır və spektrin radiotezlik bölgəsində müşahidə olunan enerji səviyyələri arasında keçidlər mümkündür. NMR və EPR spektrləri belə yaranır (bax: Nüvə maqnit rezonansı, Elektron paramaqnit rezonansı).

Kinetik paylanma körpünün yaydığı elektronların enerjiləri. sistemləri X-ray və ya sərt UV radiasiya ilə şüalanma nəticəsində, X-ray verirspektroskopiya və fotoelektron spektroskopiya. Əlavə ticarət mərkəzində proseslər. ilkin həyəcanla yaranan sistem digər spektrlərin yaranmasına səbəb olur. Beləliklə, relaksasiya nəticəsində Auger spektrləri yaranır. ext-dən elektron tutma. mərmi to.-l. boş ext başına atom. qabıq və sərbəst buraxılan enerji çevrildi. kinetikdə enerji digər elektron ext. bir atom tərəfindən buraxılan qabıq. Bu zaman neytral molekulun müəyyən vəziyyətindən onların dedikləri vəziyyətə kvant keçidi həyata keçirilir. ion (bax Auger spektroskopiyası).

Ənənəvi olaraq, yalnız optik xassələrlə əlaqəli spektrlərə müvafiq molekulyar spektrlər deyilir. elektron-vibrasiya-döndürmə arasında keçid, üç əsas molekulun enerji səviyyələri ilə əlaqələndirilir. enerji növləri. molekulun səviyyələri - elektron E el, vibrasiya E sayı və fırlanma E vr, üç növ ext uyğun. molekulda hərəkət. E el üçün verilmiş elektron vəziyyətdə molekulun tarazlıq konfiqurasiyasının enerjisini götürün. Molekulun mümkün elektron hallarının çoxluğu onun elektron qabığının və simmetriyasının xassələri ilə müəyyən edilir. Yelləncək. molekuldakı nüvələrin hər bir elektron vəziyyətdə tarazlıq vəziyyətinə nisbətən hərəkətləri bir neçə vibrasiyada kvantlaşdırılır. sərbəstlik dərəcələri formalaşır mürəkkəb sistemdir salınan enerji səviyyələri E col. Bütövlükdə bağlanmış nüvələrin sərt sistemi kimi molekulun fırlanması fırlanma ilə xarakterizə olunur. fırlanma əmələ gətirən, kvantlaşdırılan hərəkət sayının momenti. vəziyyətlər (fırlanma enerji səviyyələri) E temp. Adətən elektron keçidlərin enerjisi bir neçə dəfə olur. eV, vibrasiya -10 -2 ... 10 -1 eV, fırlanma -10 -5 ... 10 -3 eV.

Hansı enerji səviyyələri arasında emissiya, udma və ya birləşmə ilə keçidlər var. elektromaqnit səpilmə. radiasiya - elektron, salınan. və ya fırlanma, elektron, salınan arasında fərq. və fırlanan molekulyar spektrlər. Elektron spektrlər, Vibrasiya spektrləri, Fırlanma spektrləri məqalələri molekulların müvafiq halları, kvant keçidləri üçün seçim qaydaları, körpü üsulları haqqında məlumat verir. spektroskopiya, eləcə də molekulların hansı xüsusiyyətləri ola bilər. molekulyar spektrlərdən əldə edilir: Müqəddəs adalar və elektron halların simmetriyası, titrəmə. sabitlər, dissosiasiya enerjisi, molekulyar simmetriya, fırlanma. sabitlər, ətalət anları, geom. parametrlər, elektrik dipol momentləri, strukturu və ext. güc sahələri və s. Görünən və UV bölgələrində elektron udma və lüminesans spektrləri paylanma haqqında məlumat verir.