Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 116

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 116)

Разберем механизм возникновении рентгеновских серий, который схематически показан на рис. 307. Предположим, что под влиянием внешнего электрона или высокоэнергетического фотона вырывается один из двух электронов К-оболочки атома. Тогда на его место может перейти электрон с более удаленных от ядра оболочек Е,М, АГ,... Такие переходы сопровождаются испусканием рентгеновских квантов и возникновением спектральных линий К-серии: К,(Е-ч-К), Кк(М-ч"К), Кт (Ас-кК) и т.

д. Самой длинноволновой линией К-серии является линия К,. Частоты линий возрастают в ряду К вЂ” кКк-кКт, поскольку энергия, высвобождаемая при переходе электрона на К-оболочку с более удаленных оболочек, увеличивается. Наоборот, интенсивности линий в ряду К -к — Кк-кКт убывают, так как вероятность переходов электронов с Е-оболочки на К-оболочку больше, чем с более удаленных оболочек М и уУ. К-серия сопровождается обязательно другими сериями, так как при испускании ее линий появляются вакансии в оболочках Е, М, ..., которые будут заполняться электронами, находящимися на более высоких уровнях. Аналогично возникают и другие серии, наблюдаемые, впрочем, только для тяжелых элементов.

Рассмотренные линии характеристического излучения могут иметь тонкую структуру, поскольку уровни, опре- Г л а н а 29 Элсчсн~ы «ии<гм<ччч1и физики атомов и чо~<лул 3Ь<з делаемые главным квантовым числом, расщепляются согласно значениям орбитального и магнитного квантовых чисел. Исследуя рентгеновские спектры элементов, английский физик Г. Мозли (1887 в 1915) установил в 1913 г. соотношение, называемое законом Мозли: где ч — частота, соответствуюшаи даннои линии характеристического рентгеновского излучения, )7 — постоянная Ридберга, а — постоянная экранирования, и<= 1, 2, 3, ...

(определяет рентгеновскую серию), л принимает целочисленные значения с и<+ 1 (определяет отдельную линию соответствующей серии). Закон Могли (229.2) подобен обобщенной формуле Бальмера (209.3) для атома водорода. Смысл постоянной экранирования заключается в том, что на электрон, совершающий переход, соответствующий некоторой линии, действует ие весь заряд ядра Яе, а заряд (2 — п)е, ослабленный экраиируюшим действием других электронов. Например, для К,-линии и= 1, и закон Мозли запишется в виде = )7 (2 — 1) — — — — ). Гг 2г 2 230, Молекулы: химические связи, понятие об энергетических уровнях Молекула — наименьшая частица вешестна, состоящая из одинаковых или различных атомов, соединенных между собой химическими связями, и являющаяся носителем его <юновных химических и физических свойств. Химические связи обусловлены взаимодействием внешних, вален.

тных электронов атомов, Наиболее часто в молекулах встречается два тина связи: ионная и ковалентная (см. $71). Ионная связь (например, в молекулах (<)аС1, КВг) осуществляется электростатическим взаимодействием атомов при переходе электрона одного атома к другому, т. е.

при образонании положительного и отрицательного ионов. Ковалентная связь (например, в молекулах Нг, Сь СО) осуществляется при обобществлении валентных электронов двумя соседними атомами (спины валентных электронов должны быть аитипараллельны). Ковалентная связь объясняется на основе принципа неразличимости тождественных частиц (см $226), например электронов в молекуле водорода. Неразличимость частиц приводит к специфическому взаимодейст.

вию между ними, называемому обменным взаюяодействием. Это чисто квантовый эффект, не имеющий классического объяснения, но его можно себе представить так, что электрон каждого из атомов молекулы водорода проводит некоторое время у ядра другого атома и, следовательно, осуществляется связь обоих атомов, образующих молекулу. Г!ри сближении двух водородных атомов до расстонний порядка боровского радиуса возникает их взаимное притяжение и образуется устойчивая молекула водорода. Молекула является кнантоной системой; она описывается уравнением Шредингера, учитывающим движение электронов в молекуле, колебания атомов молекулы, вращение молекулы.

Решение этого уравнения — очень сложная задача, которая обычно разбивается на две: для электронов и ядер. Энергия изолированной молекулы Е - Е„+ Е„„„+ Е,р„р, (230.1) где Š— энергия движения электронов относительно ядер, Е.„ — энергия колебаний ядер (в результате которых периодически изменяется относительное положение ядер), Е.р, — энергия вращения ядер (в результате которых периодически изменяется ориентация молекулы в пространстве).

В формуле (230.1) не тчтены энергия поступательного движения центра масс молекулы и энергия ядер атомов в молекуле. Первая из иих не квантуется, поэтому ее изменения не могут привести к возникновению молекулярного спектра, а вторую можно не учитывать, если не рассматривать сверхтонкую структуру спектральных линий. Отношения Е„:Е,:Е.р.,„=1:з)ш~М;туМ, где и<в Зто 6. Элементы квантовой физики атомов, молекул а твердых тел аоззушленнсе састазнзе электрона $ х Ф В зз электронные уровни Рис. Зов масса электрона, М вЂ” величина порядка массы ядер атомов в молекуле, пз/Мж АЙ!0 ' —:10 з. Поэтому Е,„.'РЕ.

~ Е.р, . Доказано, что Е т! —:10зВ, Е, ж 10 '+10 ' зВ, Езрзш 10 ' —:1О 'эВ. Каждая из входящих в выражение (230.1) энергий квантуется (ей соответствует набор дискретных уровней энергии) и определяется квантовыми числами. При переходе из одного энергетического состояния в другое поглощается или испускается энергия ЛЕ=Ду. При таких переходах одновременно изменяются энергии движения электронов, энергии колебаний и вращения. Из теории и эксперимента следует, что расстояние между вращательными уровнями энергии ЬЕ,р, гораздо меньше расстояния между колебательными уров.

нами АЕ„, которое, в свою очередь, меньше расстояния между электронными уровнями ГзЕ . На рис. 308 схематически представлены уровни энергии двухатомной молекулы (для примера рассмотрены только два электронных уровня — показаны жирными линиями). Как будет показано в $231 структура энергетических уровней молекул определяет их спектр излучения, возникающий при квантовых переходах между соответствующими энергетическими уровнями. й 231. Молекулярные спектры.

Комбинационное рассеяние света Строение молекул и свойства их энергетических уровней проявляются в молекулярных спектрах — спектрах излучения (по. глощения), возникающих при квантовых переходах между уровнями энергии моле. кул. Спектр излучения молекулы определяется структурой ее энергетических уров.

ней и соответствующими правилами отбора (так, например, изменение квантовых чисел, соответствующих как колебатель. ному, так и вращательному движению, должно быть равно ~! ) . Итаи, при разных типах переходов между уровнями возникают различные типы молекулярных спектров. Частоты спектральных линий, испускаемых молекулами, могут соответствовать переходам с одного электронного уровня на другой (электронные спектры) или с одного колебательного (вращательного) уровня на другой (колебательные (вращательные) спектры). Кроме того, возможны и переходы с одними значенинми Еззз н Езрзш на уровни, имеющие другие значения всех трех компонентов, в результате чего возникают электронно-колебательные н колебательно-вращательные спектры. Поэтому спектр молекул довольно сложный. Типичные молекулярные спектры— полосатые, представляющие собой совокупность более или менее узких полос в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях.

Применяя спектральные приборы высокой разрешающей способности, можно видеть, что полосы представляют собой настолько тесно расположенные линии, что они с трудом разрешаются. Структура молекулярных спектров различна для разных молекул и с увеличением числа атомов в молекуле усложняется (наблюдаются лишь сплошные широкие полосы). Колебательными и вращательными спектрами обладают только многоатомные молекулы, а двухатомные их не имеют.

Это объясняется тем, что двухатомные молекулы не имеют дипольных моментов (при колебательных и вращательных переходах отсутствует изменение дипольного момен- Г л а в а 29. Элементы современной физики атомов и молекул 371 та, что является необходимым условием отличия от нуля вероятности перехода). В !928 г. советские ученые Г. С. Ланд- сберг (1890 в !957) и Л. И.Мандельштам и одновременно индийские физики Ч. Раман (!888 †!970) и К.

Кришнан (р. !911) открыли явление комбинационного рассеяния света. Если на вещество (газ, жидкость, прозрачный кристалл) падает строго монохроматический свет, то в спектре рассеянного света помимо несмещенной спектральной линии обнаруживаются новые линии, частоты которык представляют собой суммы или разности частоты ч падающего света и частот ч, собственных колебаний (или вращений) молекул рассеивающей среды, Линии в спектре комбинационного рассеяния с частотами ч — чь меньшими частоты т падающего света, называются стоксовыми (или краснымн) спутниками, линии с частотами т+т„большими ч,— антнстоксовыми (или фиолетовыми) спутниками.

Анализ спектров комбинационного рассеяния приводит к следующим выводам: !) линии спутников располагаются симметрично по обе стороны от несмешен. ной линии; 2) частоты ю не зависят от частоты падающего на вещество света, а определяются только рассеивающим веществом, т. е. карактернзуют его состав и структуру; 3) число спутников определяется рассеивающим веществом; 4) интенсивность антнстоксовых спутников меньше интенсивности стоксовых и с повышением температуры рассеивающего вещества увеличивается, в то время как интенсивность стоксовых спутников практически от температуры не зависит.

Характеристики

Список файлов книги