книга 2 (1110135), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Оно легко рзспространяетгя в вакууме Почему это возможно'? Если при колебаниях натянутой гтруиы происходят пери одические боковые смещения се элементов, з в звуковой волне череду неся сжатил и раарежения газовой среды, то в электромагнитной волне периодические изменения испытывают зпектрическое и магнитное поля. Известно, что любая гармоническая волн» моасет быть сиедена и синусоидальной волне у = Ае1пб, (!1.1) график ноторой представлен на рис. П.1.
При этом у представляет собой смещение, максимальна» амплитуда которого равна А, У вЂ” угол, изменяющийся от О до 360' (или от О до 2т Расгеаи). Правомочность такого представления бегущей волны наглялно иллюстрируется рис. 11.2, е. Тачка Р движется равномерно с угловой скоростью ы (рзд с ') по окружности радиусом А. За начало отсчета времени примем момент, когда точка Р находилась в положении Π— тогда через ! секунд она переместится иа угол У = щ радиан. Ее вертикальное смещение при этом составит у = Ампу = Аз(п(ьл)! (11.2) зто смещение представлено как функция времени на рис. 11.2, 6.
Через 2т/и секунд и!эха Р вернется в положение О, совершив полный оборот (асусгод). При последующих оборотах точки Р картина повторяется и у = Абп(и!) = Ааю(2хи!) (!!А) является основным уравнением волнового движения. а Рвсн!,т. Пред т и с иусс а лыка ь им с ащ лв э т э Рю скруюакп«охт э у оэся с. Их ьм (Г л с '! Г с.нл.
Ф!ч 'ц л г = А ааб смешение может быть представлено непрерывной функцией ьремеии. За одну секунду картина повторяется ь/2х раз, эта последняя величи- на называется частеюоб волны (ь) и выражаетси в герцах (сокржцениа Гц, со). Выралсеиие (11 А) связывающим расстояние с с временем 1 и скоростью лвижения с. Подставляя (11.4) в (11.3), получаем уравнение, описывающее волну у= Аип(Вами) = Аз(п~ — ~ 2тгг) ! ° 1 (11,5) Помимо частоты г теперь можно ввести еще одну характеристику— улику еолпм 1, расстояние, пробегаемое волной за один полный период. Если измерять с в и/с, а г — в периодах за секунду, то очевидно, что в с мюрат укладывается г волн, т.е., другими словами, пЛ = с, откуда Л = с(к.
(11.б) Тогда уравнение (11.5) преобразуется к виду у = Амп~ — ~ (И 1) В микрпволновой области Л измеряют е сантиметрах или миллиметрах, в инфракрасной области обычна используют микрометры (мкм) (в литературе микрометр иногда называют микроном). В видимой и УФ-облжтях 1 обычно выражают в ианометрах, хотя до сих пор часта используют ангстрем. Приведем еще один способ описания распространения электромагнитного излучения, часто используемый в спектроскопии, с помешаю ксвсгс тесла г.
Формально оно представляет собой величину, обратную двине волны г= 1/Л (см') (11.8) откуда у = Явш(2тис). (11.9) Физический смысл волнового числа г — число полньж волн данной длины, укладывающихся на одном сантиметре. 201 До сих пор мы рассматривали изменение смещения волны во времеии, но, чтобы представить себе природу бегущей волны, рассмотрим зависимость смепгения от Расстояния, пробегаемого волной. Для етого воспользуемся фундаментальным соотношением Дескрепгые сэойстаа излучения. Для обьяснения явлений, связанных с поглощением, испусканием или рассеянием энергии зггектромщ нитного излучения, недостаточно одной волновой модели — необход» мо препстазить излучение э виде пглока дискретных частиц энергии фотонов. Энергия фс юна ЬЕ зависит от частотм излучения и является казнтоезняой йс ЬЕ= й = — = Ьси, Г 1И.161 тле й — пгхтолнная Планка, равняя 6,63 10 ээ Дж.с.
Электромагнитный спектр — это злектролгнгнитное излучение, разтоженное по длинам волн, по частотам переходов или па эмергиям. Ниже представлены типы внутриатомных или внутримолекулярных взаимодействий, определяющих ту или иную спектральную область: лэл ио,' Лмнмы «яенээгэачэнииге Лае ю~Гою Ллигягеггяи Еаеэпже мча.*ямгж,яглмгмюю эиаю ейг ФФ ФФ сМФал г и'ь Чтобы излучение могло «ызвать ядерные, электронные, молекулярные или спиновые пер«ходы, должны происходить определенные изменения электрических или мымнтных сгюйста, ноторыми обладают атомы и молекулы вещества. Рассмотрим пекет рые примеры происхождения перехопоа.
Ред э т я с есргээдвс Если представить ядро н электроны в виде крошечных эаряж ьх истиц, т тать, что спин экэиаэлентен магнитному дипслю. На "переворот" згого дипсля (пер.нерона спина) можно зоздейсгвоеать магнитным нолем электромагнитного иэлучвгия полходяжея част ты. Все подобного рода Эперееорстыс спина могут проявиться в спектпаз поглощения или испусн иня а р и тоти м и (спектры ЯМР ЭПРЕ 202 цтя и устюг Напр бггеег бе а а.и юг р берте л елал уегглес лглемле б Вр Ри.ма Осцио ции с азл щи дипю о м ск ь л прзлаи при арюм ии ы»ит ул НО Яитбрахрасхмс асрсхадь Изменение дипольного момента в этом случае обусловлено колсбаюмл атомов, а не вращением могюкулы. Ра смотрим к лебания атомов в молекуле диоксида углерода Здесь все три атома расположены ва одной прямой, при этом на шоме углерода имеется н Вюльшой положит льзаряд, на атомах кисзгагюда — небольшой отрицателыгый зеряп.
При ° азбуждении колебания, называемого шшентнасимивтричньги, иол купа аеРиодически растлгие епся и отнимается твк, гто обе С-О-связи изьгеняют я сцнхр нна (рис. 11.4, а). ясно, чта в течение всего периола колебаний липольвый момент остается равным нулю, и поэюму эта колебание неантивно в ИК- аб™сти Имеется, однако, друг е валентнсе кщютэлие„называемое антвсим'гю щчным)(рис. 11.4, б) — в этом случае одна сьяэь растянута, ногда другая а"атв, и квобор г. При этом пр исходят аериоди'ихние изменения диаальмого и'еа.:ига к такие нолебанин активны в ИК-области. В рассматриваемой оле"уле могут совершаться колебания еще одною типа — деформационные (рис. 11 '1, е), они танка югтивны в ИК-области. 203 б(нхроаалиоомс во!сходи.
В молекуле тигю НС! один том все время эарл«сц положительно (вздород), а другой — отрицаыльна! следовательно, малг га „бдадает постоаиньгм электРичсским дипольным момент и. ПРи вРшцгнии „одекулы псложительные и отрицательные в ряпы периодически меняются гостами и сост вляющая дипольного лтомент в заданном направлении (маприцер, вверх в плоск сти книжного листа) испытывает регулярно повторяющиеся иэлгененил (ряс. 11.3, а).
Графически эти изменения представлены на рис. ПВ, 6. По форме эют график аналоги «ж графику изменения электром гнитцого иелучения (сравните с рис. 11.2). Именно поэтому мюгекула мож.г взаимодайспюеать с излучением, поглощая или излучая энергию, при этом в жниьает еращаюельнмй сксхюр. О молекутмх, имеющих постоянный дипольный момент, говорэт, что они шпивны в микроволновой абл стк. О молекулах типа Нт, Пт, От или СНэ у котерык атсутствуег разделение атридов И, следоваэлько, лег яап янного Лиююьиого моменте„говорят, что шш н активны. б- еб го — г — о б- б б- Π— С вЂ” О 6- О О О О О О О ) !! ) ггб,г ~ л г ~ с О О О 1 ° 1 ° 1.
1 (г) б Р 11А К Ьки .е уле Сбт: р егр, дефс1.' цик е;1-д ху пи- ерю лрое«цлллагь- семье Классификацм». Спектроскопию, как и спектры, лгожно щюссифицировать по ряду приэнанов. 1 По обзастям электр м гнитнаго излу алия (см. с. 202). 2. По характеру жмимодействия излучения с веществом спектр скопмю л ляг на спектроскопию ооглщц ния (абсарбционная), испускаиия (эми сиовная), рассеяпил (комбюмционного расс ения) и отражения (спектгюсьолнл отражения). 3. По изучаемым объектам гпектроскопию подразделяют чанге всего ю атомную и молекуллрную Сп ктры молекул с дсржат более детальную инблармацию о зещестее. В ней заложены данные не только еб элементном остове вещества, но и о том, как атомы оединены между бой в мол лузе.
Другое важное отличие (и преимущгктео) молекулярной спектроскопии от атомной (эа исключением рентгеновской) остоит в том, что е процес е получения спектров еещеспю ожет оставатыя неюменным 4. По фаэовому состоянию анализируемого нещества. Сущктвуют и другие классификацип. Например, по характеру иатучениз спектроскопию можно рэнд лить на классическую (спектроскопия некогерентного излучения) и лазерную (сп лгроскопия когерентного июгучеиия).
11.1.2. Основы теории атомных и молекулярных снекхров В нормальном (невозбуждеином) состоянии частицы вещества (атом, молекула, иои) облщгают минимсльной энергией При возбуждении они переходит в состояние г. у езгичением запаса энергии и пребывают в ием какое-то определенное время, после чего возвращаются в исход 204 иое состояние, отдштя избыточную энергию в виде электромагнитного излучения. Каждому возможному переходу между уровнями энергии соответствует определенная «ескшральяая лакая, характеризующеяся в спектре определенной частотой и или волновым числом э, или длиной эелиы перехода А [см.
формулу (11.10)). Число спектрачьиых линий в линейчатом спектре определяется числом возможных электронных перекоЛов в атоме Спеитры молекул в отличие от спектров шоков состоят из очень большого числа линий, которые группируются в полосы (прлрсашмс спектры), а иногда и из широких сплошных спектральных участков (сплошные молекулярные спектры). Полная энергия молекулы обычно представляется как сумма внергий электронной Ь",, колебштльной бр и вращательной е„(адиабатичегксе приближение): ( ) Все виды энергии квантованы, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
